KR20230039712A - 유니폴라 전기화학 장치에서 사용하기 위한 조합된 전류 캐리어 순환 챔버 및 프레임 - Google Patents

Abstract

필터 프레스 전해조 장치와 같은 유니폴라 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 또는 이중 부품(CCF)으로 형성된 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 프레임(CCF)이 개시된다. CCF는 필터 프레스 장치가 조립될 때 흐름 통로를 형성하는 구멍뿐만 아니라 전해질, 생성물 및 반응물의 순환을 위한 내부 순환 챔버도 정의하도록 구성된다. CCF의 반대 표면에 부착된 것은 CCF와 전기적으로 접촉하는 전기 전도성 평면 전기활성 구조이다. 순환 챔버는 대향하는 전기활성 구조들 사이의 CCF 자체의 깊이에 의해 형성된다. 다수의 CCF가 함께 조립 및 압축되어 필터 프레스 전해조 장치를 형성한다. 조립된 필터 프레스 전해조 내의 흐름 통로 구멍은 순환 챔버 위와 아래에 위치한 흐름 경로를 형성하도록 정렬된다. 반응물 및 전해질은 하단 흐름 경로를 따라 입력된다. CCF와 전기활성 구조에 전원을 인가하면, 반응물은, 일단 전해질과 함께 순환 챔버로 흐르면, 산화환원 반응을 거쳐 생성물을 생성한 다음 수집되어 상부 흐름 경로에서 전해조를 나간다.

Description

유니폴라 전기화학 장치에서 사용하기 위한 조합된 전류 캐리어 순환 챔버 및 프레임

본 발명은 하나 이상의 필터 프레스 장치로 구성될 수 있는 알칼리 금속 염화물 및 물의 알칼리 수용액의 전기분해에 사용하기에 적합한, 단일 부품으로 형성된 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 프레임 구조("CCF")로 구성된, 전해조와 같은 전기화학 장치에 사용하기 위한 전자 전도성 신규한 구조에 관한 것이다.

전기화학 셀 기술은 인가된 전류가 전지 내에서 반응을 유도하여 이용 가능한 반응물을 원하는 생성물로 변환하도록 설계된다. 전해 전지 또는 전기분해 전지는 이러한 변환을 수행하는 바람직한 방법 중 하나이다. 전기분해 셀은 외부 소스에서 분극 전극으로 전기, 일반적으로 직류의 전도가 필요하다. 이들은 또한 생성물을 생성하기 위해 전기화학 셀 외부 또는 내부에서 반대 극성의 전극으로부터 멀어지는 전도를 필요로 한다.

전기화학 셀의 바람직한 구성 중 하나는 필터 프레스형 전해조의 구성이다. 필터 프레스 전해조 전기화학 셀에는 다음이 필요하다: 강성이 충분한 기계 프레임, 외부 전류원에 연결(및 제거)할 수 있는 기능, 전기활성 영역으로 전도될 전기를 위한 전류 흐름 경로를 제공하기 위해 본 명세서에서 전기 전도성 전류 캐리어로도 지칭되는 "전류 캐리어", 전기활성 영역에서 가스 생성물 생성을 위한 공간을 제공하는 순환 챔버, 반응물 및 생성물의 유입 및 유출을 허용하는 통로, 및 마지막으로 유체가 셀 내부에서 외부 대기로 누출되는 것을 방지하는 외부 밀봉을 형성하는 기능.

필터 프레스 전해조 전기화학 셀은 일반적으로 그 하위 구성요소의 설계에 의해 구동되는 3가지 구성: 바이폴라 셀 설계, 유니폴라 셀 설계 또는 모노폴라 셀 설계가 있다.

모노폴라 셀 설계

필터 프레스 전해조 전기화학 셀은 일반적으로 하위 구성요소의 설계에 의해 구동되는 3가지 구성, 즉 바이폴라 셀 설계, 유니폴라 셀 설계 또는 모노폴라 셀 설계가 있다.

"모노폴라" 셀 설계 또는 구성은 도 1b의 예시적인 양성 하프-셀에 의해 도시된 바와 같은 전류 운반 구성에 기초한 전기화학 장치를 말한다. 이 모노폴라 구성은 전류 운반 구조를 포함하고, 전류 운반 구조의 한쪽에 단일 극성(양극 또는 음극)의 전기활성 구조를 추가로 제공한다. 그 결과, 전기활성 구조를 갖는 전류 운반 구조의 측면에 한 극성의 영역이 제공된다. 전류는 전원에 의해 구성으로 제공되고 전류 캐리어를 가로질러 전기활성 구조로 흐른다. 일반적으로 전류는 전기활성 구조에 평행한 방향으로 흐른다. 도 1b의 하프 셀은 포지티브 및 네거티브(양극 및 음극) 하프 셀 쌍으로 구성된 모노폴라 전기화학 필터 프레스 장치용 베이스 전류 운반 유닛을 생성한다. 모든 모노폴라 베이스 전류 운반 유닛은 단일 필터 프레스 스택 내에 하나의 전기화학 셀이 형성되도록 단일 필터 프레스 배열 내에서 전기적으로 병렬로 구성된다.

바이폴라 셀 설계

"바이폴라 구성" 또는 "바이폴라 셀 구성"이라는 문구는 도 1c에 도시된 바와 같은 전류 전달 구성에 기초한 전기화학 장치를 말한다. 이 바이폴라 구성은 바이폴라 벽을 포함하며, 전류 운반 구조의 반대 측면들에 반대 극성의 전기활성 영역을 정의한다. 바이폴라 벽의 반대편에는 반대 극성의 영역이 제공된다. 전류는 전원에 의해 구성으로 제공되고, 바이폴라 벽을 통해 직각으로 흐르며, 바이폴라 전기화학 필터 프레스 장치용 베이스 전류 전달 유닛을 생성한다. 바이폴라 필터 프레스 내의 여러 전기화학 셀은 전기적으로 직렬로 연결되며, 각각의 개별 전류 캐리어는 일반적으로 전도성 바이폴라 벽에 의해 연결된 하나의 양극 및 하나의 음극 측면을 포함한다. 서로 다른 극성의 전기활성 구조 사이의 바이폴라 셀의 전류 경로는 일반적으로 전통적인 모노폴라 설계 및 나중에 설명하는 유니폴라 설계의 등가 전류 경로보다 짧다.

바이폴라 셀에서, 전류는 반대 극성의 전기활성 구조에 도달하기 위해 하나의 바이폴라 벽을 통해서만 이동해야 하는 반면, 전통적인 유니폴라 및 모노폴라 셀에서는 전류를 반대 극성 전기활성 구조에 연결하기 위해 추가 구성요소가 필요하다. 더 짧은 전류 경로는 일반적으로 단일 셀의 전도성 표면 내에서 더 낮은 저항 파라미터를 생성한다. 이것은 전통적으로 더 높은 전자 저항 전압 손실로 인해 더 높은 전압 손실을 초래하여, 유사한 전류 밀도 및 유사한 전기활성 구조에 대한 바이폴라 셀과 비교하여 유니폴라 및 모노폴라 셀의 효율을 낮춘다.

역사적으로, 전통적인 유니폴라 및 모노폴라 설계에서 셀 전압 손실에 대한 전자 저항의 기여는 이러한 기술의 지속적인 상업화에 가장 큰 장벽을 제시했다. 최근 수십 년 동안 전기 분해 기술을 취할 방향을 선택할 때, 전기분해 분야의 리더들은 전지 전압 손실에 대한 전자 저항의 기여도를 줄이고 결과적으로 유사한 전류 밀도 및 유사한 전기활성 구조에 대해 개선된 플랜트 에너지 효율로 인해 "제로 갭" 바이폴라 셀 설계의 발전에 중점을 두었다. 제로 갭 설계는 또한 바이폴라 셀이 더 높은 전류 밀도를 활용할 수 있도록 했다. 제로 갭 바이폴라 기술에 대한 초점은 모노폴라 및 유니폴라 기술보다 바이폴라 기술 전체에 대한 산업적 선호로 이어진다. 그러나 더 높은 전류 밀도를 사용한다고 해서 그 자체로 효율성이 향상되거나 플랜트 경제성이 향상되는 것은 아니다. 유니폴라 및 모노폴라 기술은 이러한 영역에서 많은 보완적인 이점을 제공하며 이에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.

유니폴라 셀 설계

유니폴라 셀 설계 또는 구성은 도 1a의 예시적인 포지티브 하프-셀에 의해 도시된 바와 같은 전류 전달 구성에 기초한 전기화학 장치를 말한다. 이 유니폴라 구성은 전류 운반 구조의 반대 측면들에 동일한 극성(양극 또는 음극)의 다수의 전기활성 구조를 제공하는 전류 운반 구조를 포함한다. 그 결과, 동일한 보편적 극성의 영역이 전류 운반 구조의 반대 측면들에 제공된다. 그런 다음 전류는 전원에 의해 제공되고, 전류 캐리어를 가로질러 전기활성 구조로 흐른다. 일반적으로 전류는 전기활성 구조에 평행한 방향으로 흐른다. 도 1a의 하프 셀은 포지티브 및 네거티브(양극 및 음극) 하프 셀 쌍으로 구성된 유니폴라 전기화학 필터 프레스 장치용 베이스 전류 운반 유닛을 생성한다. 전술한 모노폴라 베이스 전류 운반 유닛과 같이, 모든 유니폴라 베이스 전류 운반 유닛은 단일 필터 프레스 배열 내에서 전기적으로 병렬로 구성되어, 하나의 전기화학 셀이 단일 필터 프레스 스택 내에 형성된다. 유니폴라 설계는 무엇보다도 전기활성 영역(들)의 존재 및 위치에 의해 모노폴라 설계와 구별된다.

역사적으로, "탱크형" 유니폴라 셀만이 동일한 극성의 2개의 전기활성 구조에 의해 경계를 이루는 단일 챔버를 포함하는 전류 캐리어를 가져, 전기화학 반응물 및 생성물을 위한 단일 채널이 전기활성 구조 사이에서 흐를 수 있게 한다. 초기 탱크형 유니폴라 전해조는 "전해 셀"이라는 제목의 Alexander T. Stuart의 미국 특허 번호 1,597,552에 설명되어 있다. 탱크형 유니폴라 설계는 단일 유니폴라 전류 운반 전극의 일부로 프레임을 필요로 하지 않는다. 오히려, 유니폴라 전극이 전기적으로 병렬로 연결되어 탱크 내에 단일 구조로 장착된다. "전해조 셀용 전극 구조"라는 제목의 Bowen 등의 미국 특허 번호 4,482,448에 설명된 탱크형 유니폴라 전극 설계의 주요 발전으로 세계 최초의 대규모 수소 생산이 도입되었고, 이는 비화석 에너지로부터 셀당 120,000암페어의 전류와 넓은 총 표면적을 허용하도록 구성되었다. 그러나 이 기술의 산업적 확장을 가능하게 한 발전에도 불구하고, 이러한 탱크형 유니폴라 셀은 별도의 탱크, 커버 플레이트, 전기화학 연결을 위한 관통부, 및 전기화학 활성 영역을 통과하는 전기화학 반응물 및 생성물을 위한 적절한 통로를 형성하기 위한 추가 부품의 사용이 필요했다. 일반적으로 "탱크형" 구성은 부품 수가 많고 조립이 복잡하며 셀당 표면적 변경이 어렵기 때문에 "필터 프레스형" 구성으로 대체되었다.

유니폴라 탱크형 셀에 필요한 추가 구성요소는 바이폴라 설계보다 반대 극성의 전기활성 구조 사이에 더 긴 전류 경로를 생성하고, 결과적으로 단일 셀에 필요한 전도성 경로 내에서 더 높은 저항을 생성한다. 유니폴라 탱크형 셀에 비해 부품 수와 전류 경로 길이를 줄이는 이중 도금 모노폴라 필터 프레스 프레임 설계가 생성되었고, A.T.B. 스튜어트(Stuart) 등의 미국 특허 제6,080,290호("이중 전극 플레이트를 갖는 모노폴라 전기화학 시스템")에서 유니폴라 기술의 많은 상업적 이점을 제공한다.

그러나, 미국 특허 제6,080,290호의 모노폴라 이중 플레이트 설계는 제조하기 어려운 특징을 갖고 있었다. 또한, 미국 특허 제6,080,290호의 모노폴라 플레이트 설계는 동일한 극성의 모노폴라 플레이트 사이에 비전도성 챔버 생성 밀봉 개스킷을 배치해야 했다; 그 사이에 챔버 생성 밀봉 개스킷이 있는 상태로 연속적으로 배치되었다. 또한, 이 설계의 측방향 폭을 증가시키기 위해 두꺼운 전기활성 구조를 사용했다면(따라서 전류가 이동하는 방향으로 표면적을 증가시킴), 챔버 생성 "스페이서 개스킷"을 더 많이 사용해야 했을 것이다. 전반적으로, 각각의 모노폴라 플레이트가 추가된 스페이서 개스킷을 제공해야 하는 요구 사항은 필터 프레스 설계에 기계적 및 구조적 제한을 부과했는데, 특히 다음과 같다: 단일 필터 프레스 내에서 많은 양의 모노폴라 플레이트를 밀봉하는 제한된 기능, 상승된 내부 압력에서 작동하는 제한된 기능, 및 필터 프레스 내에서 분리기를 지지하는 방법에 대한 제한. 또한, 개스킷을 추가로 제공하려면 더 많은 부품을 제조해야 했고, 셀 구성이 느려졌으며, 필터 프레스 스택에 사용되는 압축 방법에 제한이 가해졌다.

당업자에게 명백할 것은, (양극액 또는 음극액 순환 챔버를 정의하는) 프레임(38 또는 40)이나 미국 특허 제6,080,290호에 개시된 전극 플레이트(30 또는 31)의 프레임(140)은 유니폴라 전해조 시스템에 필요한 서로 대향되고 이격된 배열의 2개의 전기 전도성 평면 전기활성 구조를 유지하도록 구성되지 않는다. 더욱이, 미국 특허 제6,080,290호에서, 프레임(38 또는 40)은 고무 개스킷의 특성 및 적합한 엔지니어링 플라스틱의 경도를 갖는 엘라스토머 또는 엘라스토머 유사 재료로 제조된다. 이 특허에서 설명된 바와 같이, 엘라스토머 또는 엘라스토머 유사 재료로 제작된 전해질 순환 프레임의 사용은 절연 프레임과 필요한 전극 플레이트 및 분리기를 지지하는 개스킷의 목적을 모두 제공한다. 이에 따라, 미국 특허 제6,080,290호에서는, 전극 플레이트(30)가 전기 전도 기능을 수행함을 알 수 있다.

유니폴라 필터 프레스 셀 스택은 "필터 프레스 유형의 전해 셀"이라는 제목의 Boulton의 미국 특허 제4,490,231호에 기술되어 있지만, 그러나 그 설계는 미국 특허 제6,080,290호의 모노폴라 필터 프레스 설계와 유사한 이점과 제한을 부과한다. 미국 특허 번호 6,080,290의 모노폴라 필터 프레스 설계와 마찬가지로, 미국 특허 번호 4,490,231의 제한 사항은 다음과 같다: 챔버를 형성하기 위해 추가 스페이서 개스킷을 사용해야 할 필요성, 단일 필터 프레스 내에서 많은 양의 플레이트를 밀봉하는 제한된 기능(챔버를 형성하는 데 사용되는 부드러운 재료 때문에), 높은 내부 압력에서 작동할 수 있는 제한된 능력, 필터 프레스에서 분리기를 지원하는 데 사용되는 방법에 대한 제한, 및 마지막으로 (장거리에서 더 큰 전기를 전도하기 위해 전기활성 표면적을 증가시키기 위해) 전류가 이동하는 방향으로 전기활성 구조 길이를 확장하는 능력에 대한 제한.

후자의 제한에 대해 자세히 설명하기 위해, 미국 특허 제4,490,231호의 필터 프레스가 동일한 지정된 저항 손실을 유지하면서 전류가 이동하는 방향으로 전기활성 구조를 확장하기 위해, 주 전류 운반 구조가 전기활성 구조와 동일한 부분에서 제공되기 때문에 더 두꺼운 전류 운반 구조가 필요하다. 이는 다음과 같은 이유로 불리하다: 미국 특허 제4,490,231호의 전기활성 구조를 형성하는 것은 절단 및 구부림(전류 캐리어가 두꺼워짐에 따라 점점 비용이 증가함)을 포함하고, 확장된 전류 캐리어에 추가 전기촉매를 적용하면 비용이 증가하고, 마지막으로 필요한 스페이서-개스킷의 두께가 더 커지고, 이는 위에 나열된 관련 제한 사항을 악화시킨다. 또한, 미국 특허 제4,490,231호의 유니폴라 필터 프레스의 짧고 넓은 직사각형 형상은 미국 특허 제6,080,290호에서 길고 좁은 모노폴라 플레이트 실시예가 하는 것처럼 전기화학 장치의 잠재적인 풋프린트를 최소화하지 않는다.

요약하면, 모노폴라 필터 프레스 미국 특허 제6,080,290호는 더 낮은 옴 저항 손실을 가능하게 하는 더 짧은 전류 경로를 제공함으로써 탱크형 유니폴라 셀의 단점 중 일부를 극복한다. 또한, 모노폴라 필터 프레스는 유니폴라 탱크형 셀보다 부품 수가 적고 건설 비용이 훨씬 저렴하다. 또한, 미국 특허 제4,490,231호의 유니폴라 필터 프레스는 일반적으로 길고 좁은 기하학적 구조를 갖지 않으며, 전류 캐리어와 전기활성 구조를 한 부분으로 결합하므로, 두께 및 제조 방법에 사용할 수 있는 설계 선택이 제한된다.

미국 특허 제6,080,290호 및 미국 특허 제4,490,231호의 필터 프레스 전해조는 모두 전류 흐름의 방향과 평행하도록 그들의 전기활성 구조를 배향한다는 점에 유의해야 한다. 결과적으로, 이러한 설계는 동일한 전기화학 셀 내에 여러 전극 구조를 배치할 수 있게 한다. 이를 고려하여, 개별 전기화학 셀은 필터 프레스를 길이 방향으로 물리적 한계까지 확장하여 표면적을 확장할 수 있다. 이로 인해 매우 높은 전류가 모노폴라 또는 유니폴라 셀을 통해 흐를 수 있다.

대조적으로, 바이폴라 필터 프레스 장치는 하나의 필터 프레스 스택 내에 종방향으로 복수의 셀을 통합한다. 또한, 바이폴라 필터 프레스에서, 바이폴라 셀의 전극 구조는 전류 흐름 방향에 수직으로 유지된다. 이 구조에서는 단일 바이폴라 셀의 표면적에 실질적인 한계가 있다. 전해 반응물과 생성물이 바이폴라 전극 구조 전체에 분포되어야 하므로 실질적인 표면적 제한이 부과되는 한편, 제조 지점에서 작동 현장으로 필터 프레스를 운송하는 것뿐만 아니라 실제 제조 기술에서 한계의 균형을 유지해야 한다. 실제 표면적에 대한 제한은 모노폴라 또는 유니폴라 필터 프레스와 비교할 때 바이폴라 필터 프레스를 통해 흐를 수 있는 전류량에 대한 한계를 낮춘다. 예를 들어, 지난 40년 동안 물 전기분해 공정에서, 전류는 일반적으로 유니폴라 셀의 120,000암페어와 비교하여 바이폴라 필터 프레스에서 최대 10,000 암페어 범위였다. 또한, 각각의 필터 프레스 사이의 저항률 차이로 인해, 이 암페어를 증가시키기 위해 여러 바이폴라 필터 프레스가 실제로 서로 병렬로 사용되지 않는다. 따라서, 넓은 표면적의 전기분해 셀을 생성하기 위해, 바이폴라 셀은 실용적이지 않다.

2020년까지, 풍력 터빈 및 광전지와 같은 기술을 통해 재생 가능한 형태의 전기 생산을 구현하는 비용은 역사적 수준에서 극적으로 떨어졌다. 태양광과 풍력 터빈은 1970년대와 1980년대처럼 가장 비싼 전기 공급원 중 하나가 아니라, 이제 세계에서 가장 저렴한 전기 공급원이 되었으며, 전 세계 모든 국가에서 사용할 수 있다. 이러한 재생 에너지 기술을 대규모 수전해 전지와 통합하면 역사적으로 낮은 비용으로 재생 가능한 수소를 생산할 수 있다. 많은 경우 이러한 비용은 화석 연료에서 생산되는 수소 비용보다 낮을 수 있으며, 장기적으로 화석 에너지를 재생 가능 에너지로 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

그러나, 화석 기반 수소를 재생 기반 수소로 대체하기 위해서는, 지난 20년 동안 산업계에서 일반적으로 사용된 것보다 100배 내지 1000배 더 큰 물 전해조가 필요하다. 예를 들어, 재생 가능 에너지원과 물 전기분해 장치에서 수소를 공급하는 대규모 암모니아 생산 시설 하나에는 약 2,000MW의 전력이 필요하다. 따라서, 물 전해조는 DC 전류를 전해조에 제공하는 데 필요한 소규모 전력 조절 시스템의 양을 최소화하기 위해 무엇보다도 매우 높은 개별 셀 전류(예를 들어, 50,000 내지 500,000암페어)를 가져야 한다.

다른 전기분해 분야를 살펴보면, 고전류 전력 조절 시스템의 최소 개수를 갖는 고전류 전기분해 기술은 염소 생산 및 알루미늄 생산을 위한 전기분해와 같은 대용량 전기화학 공정을 위한 최신 기술을 나타낸다. 따라서 재생 가능한 수소 시스템을 대규모로 발전시키기 위해서는, 표면적을 최대화하여 결과적으로 전류를 최대화할 수 있는 유니폴라 전해조가 매우 필요하다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 설계가 긴 직사각형 형상으로 구성되는 것이 특히 바람직할 것이고, 여기서 (미국 특허 번호 4,490,231 및 미국 특허 번호 6,080,290과 비교하여) 부품 수가 줄어들고, 전도성이 증가하고, 챔버 형성 개스킷의 수가 감소하고, 높은 압력 하에서 작동하는 능력이 제공되며, 전류 흐름 방향으로 전기활성 구조를 확장하는 능력이 제공되며, 그리고 필터 프레스를 여전히 성공적으로 밀봉하면서 필터 프레스 내의 추가적인 증분식 전극 플레이트가 쉽게 제공될 수 있다.

유니폴라 필터 프레스 전기분해 시스템은 여기에 개시되어 있는 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임 부재(CCF's)의 유리한 기하학적 구조에 기초한 알칼리성 물 전기분해, 염소산나트륨 전기분해 및 염소-알칼리 전기분해와 같은 대규모 전기화학 공정에 특히 바람직한 배열로 제공된다.

본 발명은 단일 CCF로도 지칭되는 유니폴라 전기화학 장치에서 사용하기 위한 조합된 전기 전도성 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임을 제공한다. 단일 CCF는 유니폴라 배열로 배치된 한 쌍의 대향되고 이격된 전기활성 구조를 지지하도록 구성된 원피스 일체형으로 형성된 강성 지지 프레임을 포함한다. 강성 지지 프레임은 전기 전도성이 있으며 한 쌍의 전기활성 표면에 전류를 전달할 수 있다. 강성 지지 프레임은 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 대향면을 가로질러 연장되는 순환 챔버를 더 포함한다. 강성 지지 프레임의 두께는 강성 지지 프레임의 제1 대향면과 제2 대향면 사이의 깊이로 정의된다. 또한, 강성 지지 프레임은 이격된 대향하는 제1 및 제2 측면 암과 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되는 제1 및 제2 측방향 크로스 부재를 갖는다.

강성 지지 프레임은 제2 및 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착된 제1 내부 프레임 부재를 더 포함하며, 제1 내부 프레임 부재는제1 채널 정의 구멍을 정의하기 위해 제2 및 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력한다. 강성 지지 프레임은 또한 제2 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에 배치된 제2 채널 정의 구멍을 포함한다.

추가로, 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 측면 암 및 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착된 제2 내부 프레임 부재를 포함하고, 제2 내부 프레임 부재는 제1 및 제2 측면 암 중 적어도 하나 및 제1 측방향 크로스 부재와 협력하여 제3 채널 정의 구멍을 정의한다. 강성 지지 프레임은 또한 제1 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에 배치된 제4 채널 정의 구멍을 포함한다.

강성 지지 프레임은 또한 전해질, 생성물 및 반응물의 순환을 위해 강성 지지 프레임 내에 일체로 형성된 순환 챔버를 포함하고, 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제2 내부 프레임 부재 및 제1 및 제2 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장된다.

다른 실시예에서, 단일 CCF는 서로 결합된 제1 및 제2 암 위치를 갖는 제1 대체로 L자형 부재로서 제1 내부 프레임 부재를 포함하고, 여기서 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 또는 제1 측면 암 중 하나에 부착되고, 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제2 측방향 크로스 부재에 부착된다. 동일한 실시예에서, 단일 CCF는 또한 서로 결합된 제1 및 제2 암을 갖는 제2 대체로 L자형 부재로서 제2 내부 프레임을 포함하고, 여기서 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 또는 제2 측면 암들 중 하나에 부착되고, 제2 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제1 측방향 크로스 부재에 부착된다. 단일 CCF는 또한 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분 및 제1 및 제2 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장되는 순환 챔버를 포함한다.

상기 실시예에 더하여, 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 측면 암에 부착되고, 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착된다.

대안적으로, 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되고, 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착된다.

단일 CCF는 또한 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 포함할 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 해제 가능하게 분리 가능하거나 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 또한 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장될 수 있거나, 제1 또는 제2 측면 암으로부터 연장되고 제1 및 제2 측면 암 중 다른 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료될 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 또한 전해질, 생성물 및 반응물의 흐름을 허용하기 위해 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 길이를 따라 연장되는 하나 이상의 관통 홀을 포함할 수 있다.

제1 또는 제2 측면 암으로부터 연장되고 제1 및 제2 측면 암 중 다른 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료되는 중간 측방향 크로스 부재는 순환 챔버 내의 가스 유동 방향에 대응하도록 상향 배향으로 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 각도를 이루어 배치될 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 일반적으로 형상이 아치형일 수 있다.

대안적인 실시예에서, 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 중간 측방향 크로스 부재는 길이의 적어도 한 부분을 따라 강성 지지 프레임의 두께보다 작은 제1 두께를 가질 수 있고, 여기서 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암과 물리적 및 전기적 접촉을 한다. 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 가로 부재를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가로 부재의 두께는 제1 두께에 해당하거나, 또는 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 단일 CCF는 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 측면 암 사이에서 연장되는 채널 정의 개스킷 지지 부재를 포함할 수 있고, 여기서 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재는 전해질, 생성물 및 반응물이 통과하도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 가질 수 있다. 채널 정의 개스킷 지지 부재는 또한 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제2 측면 암 사이에서 연장될 수 있다. 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리될 수 있거나, 또는 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다.

특정 실시예에서, 단일 CCF는 순환 챔버에 인접한 제1 및 제2 측면 암의 마진을 따라 리세스된 제1 및 제2 면의 일부를 포함할 수 있어, 한 쌍의 전기활성 구조가 적어도 부분적으로 순환 챔버 내에 위치될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 단일 CCF의 제1 및 제2 측면 암은 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있고, 여기서 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전력 전도체가 부착될 수 있는 상기 측면 암으로부터 외측으로 연장되는 전기 전도성 탭을 갖는다. 전기 전도성 탭은 부착 가능한 전력 전도체와 강성 지지 프레임 사이의 전기 연결을 개선하기 위해 톱니 형상을 제공할 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 및 제2 측면 암은 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 외부 전기 연결 메커니즘을 수용하기 위해 제1 및 제2 측면 암 중 하나에 정의된 구멍을 갖는다.

단일 CCF의 강성 지지 프레임은 또한 강성 지지 프레임의 질량을 줄이기 위한 컷아웃을 포함할 수 있고, 여기서 컷아웃은 제1 측면 암, 제2 측면 암, 제1 측방향 크로스 부재 및 제2 측방향 크로스 부재 중 임의의 하나 또는 조합에 정의된다.

단일 CCF는 또한 제1 및 제2 측면 암 중 적어도 하나에 정의된 복수의 타이 로드 홀을 포함할 수 있으며, 여기서 타이 로드 홀은 유니폴라 전기 화학 장치에서 다른 강성 지지 프레임 부재와 강성 지지 프레임의 정렬을 용이하게 하기 위해 타이 로드를 수용하도록 구성될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 단일 CCF는 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성된 제1 및 제2 측면 암 중 하나를 포함할 수 있고, 하나 이상의 제1 중간 측방향 크로스 부재는 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성된 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 연장되고 이들과 전기 접촉하며, 하나 이상의 측방향 제1 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암 중 다른 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료되며, 하나 이상의 제2 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되고 상기 제1 및 제2 측면 암과 물리적 및 전기적 접촉한다.

단일 CCF는 또한 그의 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조를 포함할 수 있고, 제1 전기활성 구조는 제1 및 제2 내부 프레임 부재와 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장된다. 단일 CCF는 또한 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 포함할 수 있으며, 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 내부 프레임 부재와 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장된다. 단일 CCF가 유니폴라 전기화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전원이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고, 여기서 각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 한 측면에서 다른 측면으로 전기활성 구조를 통과할 수 있도록 내부에 구멍이 형성되어 있다.

본 발명은 이중 CCF로도 지칭되는 유니폴라 전기화학 장치에서 사용하기 위한 조합된 전기 전도성 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임을 제공한다. 이중 CCF는 유니폴라 배열로 배치된 두 쌍의 대향되고 이격된 전기활성 구조를 지지하도록 구성된 원피스 일체형으로 형성된 강성 지지 프레임을 포함한다. 강성 지지 프레임은 전기 전도성이 있으며, 한 쌍의 전기활성 표면에 전류를 전달할 수 있다. 강성 지지 프레임은 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 대향면을 가로질러 연장되는 이중 순환 챔버를 더 포함한다. 강성 지지 프레임의 두께는 강성 지지 프레임의 제1 대향면과 제2 대향면 사이의 깊이로 정의된다. 또한, 강성 지지 프레임은 이격된 대향 제1 및 제2 측면 암, 제1 및 제2 암 사이에 배치되고 이로부터 이격된 중앙 암, 및 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되는 제1 및 제2 측방향 크로스 부재를 갖는다.

강성 지지 프레임은 중앙 암의 대향 측면에서 제2 측방향 크로스 부재에 인접하게 배치되는 제1 및 제3 내부 프레임 부재, 및 상기 중앙 암의 양측에서 제1 측방향 크로스 부재에 인접하게 배치되는 제2 및 제4 내부 프레임 부재를 더 포함한다.

강성 지지 프레임은 중앙 암, 제2 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착된 제1 내부 프레임 부재를 더 포함하고, 제1 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제2 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력하여 제1 채널 정의 구멍을 형성한다.

강성 지지 프레임은 제2 측면 암, 중앙 암 및 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착된 제2 내부 프레임 부재를 더 포함하고, 제2 내부 프레임 부재는 제2 측면 암, 중앙 암 및 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력하여 제2 채널 정의 구멍을 정의한다.

강성 지지 부재는 중앙 암, 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착된 제3 내부 프레임 부재를 더 포함하고, 제3 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력하여 제3 채널 정의 구멍을 정의한다.

강성 지지 부재는 중앙 암, 제1 측면 암 및 제1 측면 크로스 중 적어도 하나에 부착된 제4 내부 프레임 부재를 더 포함하고, 상기 제4 내부 프레임 부재는 상기 제1 측면 암, 중앙 암 및 제1 측면 암 중 적어도 하나와 협력하여 제4 채널 정의 구멍을 정의한다.

강성 지지 부재는 또한 제5, 제6, 제7 및 제8 채널 정의 구멍을 포함하고, 제5 채널 정의 구멍은 제2 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제2 측면 암과 중앙 암 사이에 배치되고, 제6 채널 정의 구멍은 제2 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 중앙 암과 제1 측면 암 사이에 배치되고, 제7 채널 정의 구멍은 제1 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제2 측면 암과 중앙 암 사이에 배치되고, 제8 채널 정의 구멍은 제1 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 중앙 암과 제1 측면 암 사이에 배치된다.

또한, 상기 강성 지지 부재는 강성지지 프레임 내부에 일체로 형성되어 전해액, 생성물 및 반응물의 순환을 위한 제1 순환 챔버 및 제2 순환 챔버를 포함하고, 여기서 제1 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제3 내부 프레임 부재 및 제2 측면 암과 중앙 암의 내부 에지 사이에서 연장되며, 여기서 제2 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제2 및 제4 내부 프레임 부재 및 중앙 암과 제1 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장된다.

다른 실시예에서, 이중 CCF는 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제1 대체로 L자형 부재로서 제1 내부 프레임 부재를 포함하고, 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 중앙 암 및 제2 측면 암 중 하나에 부착되고 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제2 측방향 크로스 부재에 부착된다. 동일한 실시예에서, 이중 CCF는 또한 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제2 대체로 L자형 부재로서 제2 내부 프레임 부재를 포함하고, 여기서 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 측면 암 및 중앙 암 중 하나에 부착되고, 제2 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제1 측방향 크로스 부재에 부착된다. 동일한 실시예에서, 이중 CCF는 또한 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제3 대체로 L자형 부재로서 제3 내부 프레임 부재를 포함하고, 여기서 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 중앙 암 및 제1 측면 암 중 하나에 부착되고, 제3 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제2 측방향 크로스 부재에 부착된다. 동일한 실시예에서, 이중 CCF는 또한 제4 내부 프레임 부재가 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제4 대체로 L자형 부재이고, 여기서 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암 및 중앙 암 중 하나에 부착되고, 제4 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제1 측방향 크로스 부재에 부착된다.

이중 CCF는 또한 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분 및 제2 측면 암 및 중앙 암의 내부 에지 사이에서 연장되는 제1 순환 챔버를 포함한다. 또한, 이중 CCF는 또한 강성 지지 프레임의 제1 면과 제2 면, 제2 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 중앙 암과 제1 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장되는 제2 순환 챔버를 포함한다.

상기 실시예에 추가로, 제1 및 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 측면 암에 부착되고, 제2 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착된다.

대안적으로, 제1 및 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되고, 제2 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착된다.

이중 CCF는 또한 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 포함할 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 해제 가능하게 분리 가능하거나 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 또한 제1 및 제2 측면 암 중 하나와 중앙 암 사이에서 연장될 수 있거나, 또는 중앙 암으로부터 연장되고 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료될 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 또한 전해질, 생성물 및 반응물의 흐름을 허용하기 위해 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 길이를 따라 연장되는 하나 이상의 관통 홀을 포함할 수 있다.

제1 중앙 암으로부터 연장되고 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료되는 중간 측방향 크로스 부재는 순환 챔버의 가스 흐름 방향에 대응하도록 상향 배향으로 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 비스듬히 배치될 수 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 일반적으로 형상이 아치형일 수 있다.

대안적인 실시예에서, 제1 및 제2 측면 암과 중앙 암 사이에서 연장되는 중간 측방향 크로스 부재는 그 길이의 적어도 한 부분을 따라 강성 지지 프레임의 두께보다 작은 제1 두께를 가질 수 있고, 여기서 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암 및 중앙 암과 물리적 및 전기적 접촉 상태에 있다. 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 가로 부재를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가로 부재의 두께는 제1 두께에 해당하거나 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 이중 CCF는 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 측면 암 사이에서 연장되는 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재를 포함할 수 있다. 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 또한 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제2 측면 암 사이에서 연장될 수 있다. 제1 및 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 전해질, 생성물 및 반응물이 통과하도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 가질 수 있다. 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리될 수 있거나 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다.

특정 실시예에서, 이중 CCF는 한 쌍의 전기활성 구조가 순환 챔버 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있도록 순환 챔버에 인접한 제1 및 제2 측면 암의 마진을 따라 리세스된 제1 및 제2 면의 일부를 포함할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 이중 CC의 제1 및 제2 측면 암은 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전력 전도체가 부착될 수 있는 상기 측면 암으로부터 외측으로 연장되는 전기 전도성 탭을 갖는다. 전기 전도성 탭은 부착 가능한 전력 도관과 강성 지지 프레임 사이의 전기 연결을 개선하기 위해 톱니 형상을 제공할 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 및 제2 측면 암은 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 외부 전기 연결 메커니즘을 호스팅하기 위해 제1 및 제2 측면 암 중 하나에 정의된 홀을 가지고 있다.

이중 CCF의 강성 지지 프레임은 또한 강성 지지 프레임의 질량을 줄이기 위한 컷아웃을 포함할 수 있고, 여기서 컷아웃은 제1 측면 암, 제2 측면 암, 제1 측방향 크로스 부재 및 제2 측방향 크로스 부재 중 임의의 하나 또는 조합에 정의된다.

이중 CCF는 또한 제1 및 제2 측면 암 중 적어도 하나에 형성되는 복수의 타이 로드 홀을 포함할 수 있으며, 여기서 타이 로드 홀은 유니폴라 전기 화학 장치에서 다른 강성 지지 프레임 부재와 강성 지지 프레임의 정렬을 용이하게 하기 위해 타이 로드를 수용하도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 이중 CCF는 중앙 암으로부터 연장되고 중앙 암과 전기적으로 접촉하는 하나 이상의 제1 중간 측방향 크로스 부재를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 측방향 중간 제1 크로스 부재는 그에 대향하는 측면 암으로부터 미리 선택된 거리에서 종료되며, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되고 중앙 암과 물리적 및 전기적 접촉하는 하나 이상의 제2 측방향 크로스 부재를 포함한다.

이중 CCF는 또한 그의 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조 및 그의 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 포함할 수 있고, 각각의 제1 및 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 내부 프레임 부재, 제2 측면 암 및 중앙 암 사이에서 연장된다. 이중 CCF는 또한 그의 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제3 전기활성 구조 및 그의 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제4 전기활성 구조를 포함할 수 있으며, 각각의 제3 및 제4 전기활성 구조는 제3 및 제4 내부 프레임 부재, 중앙 암 및 제1 측면 암 사이에서 연장된다. 이중 CCF가 유니폴라 전기화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전원이 인가되면, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고 제3 및 제4 전기활성 구조는 동일한 극성이고, 제1 및 제2 전기활성 구조의 극성은 제3 및 제4 전기활성 구조의 극성과 반대이고, 여기서 각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 한 측면에서 다른 측면으로 전기활성 구조를 통과할 수 있도록 내부에 구멍이 형성되어 있다.

본 개시는 유니폴라 전기화학 장치용 전기화학 셀을 제공하며, 전기화학 셀은 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 적층 어레이를 형성하도록 배열되고 복수의 각각의 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 서로 정렬되도록 정렬되는 복수의 단일 CCF를 포함하고, 여기서 복수의 강성 지지 프레임은 한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재를 포함하고, 하나의 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 일 단부에 배치되고 다른 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 다른 단부에 배치되며, 여기서 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 갖고, 여기서 적어도 하나의 전기활성 구조는 적층 어레이의 대향 단부를 향하도록 배치된다.

추가로 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재는 한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 사이에 배치되고, 여기서 각각의 중간 강성 지지 프레임 부재는 그의 제1 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조 및 그의 제2 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 갖는다.

복수의 강성 지지 프레임은 복수의 분리기를 포함하며, 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리한다. 복수의 강성 지지 프레임은 또한 복수의 강성 지지 프레임과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷을 포함하고, 여기서 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 채널 정의 구멍을 정의하고, 강성 지지 프레임 부재 각각의 채널 정의 구멍과 밀봉 및 전기 절연 개스킷의 제1 및 제2 구멍은 서로 정렬되어 스택을 통해 흐름 통로를 형성한다.

다른 실시예에서, 전기화학 셀의 각각의 강성 지지 프레임 부재는 2개의 전기활성 구조를 갖고, 하나의 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착되고 다른 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착된다.

본 개시는 유니폴라 전기화학 장치를 제공하며, 유니폴라 전기화학 장치는 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 적층 어레이를 형성하도록 배열되고 복수의 각각의 강성 지지 프레임에 있는 채널 정의 구멍이 서로 정렬되도록 정렬되는 복수의 단일 CCF를 포함한다. 복수의 강성 지지 프레임은 한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재를 포함하고, 여기서 하나의 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 일 단부에 배치되고, 다른 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 다른 단부에 배치된다. 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 갖고, 여기서 적어도 하나의 전기활성 구조는 적층 어레이의 대향 단부를 향하도록 배치된다.

유니폴라 전기화학 장치는 한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 사이에 개시되는 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재를 더 포함하고, 각각의 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재는 제1 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조 및 제2 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 포함한다.

유니폴라 전기화학 장치는 또한 복수의 분리기를 포함하며, 여기서 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 다른 인접한 강성 지지 프레임의 순환 챔버로부터 분리하기 위해 각각의 분리기가 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착된다.

유니폴라 전기화학 장치는 또한 복수의 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷을 포함하고, 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 채널 정의 구멍을 정의한다.

또한, 유니폴라 전기화학 장치는 복수의 단부 강성 지지 프레임과 중간 강성 지지 프레임을 함께 클램핑하기 위한 한 쌍의 단부 클램핑 플레이트를 포함하고, 여기서 각각의 단부 클램핑 플레이트는 단부 강성 지지 프레임 중 하나와 연관되고 이에 인접하게 배치되며, 각각의 단부 클램핑 플레이트는 액체 및/또는 가스를 스택으로 공급하기 위한 제1 포트 및 스택으로부터 액체 및/또는 가스를 추출하기 위한 제2 포트를 포함한다.

또한, 유니폴라 전기화학 장치는 한 쌍의 단부 개스킷을 포함하고, 여기서 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트와 관련 단부 강성 지지 프레임으로부터 각각의 단부 클램핑 플레이트를 절연하기 위해 각각의 단부 클램핑 플레이트와 관련 단부 강성 지지 프레임 사이에 위치하며, 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되도록 내부에 정의된 제1 및 제2 구멍을 포함한다.

또한, 유니폴라 전기화학 장치는 스택을 통해 흐름 통로를 형성하기 위해 강성 지지 프레임 부재 각각의 대응하는 채널 정의 구멍과 정렬되는 개스킷의 제1 및 제2 구멍을 포함하고, 여기서 흐름 통로는 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬된다.

일 실시예에서, 유니폴라 전기화학 장치는 알칼리수 전기분해 또는 클로르-알칼리 전기분해를 위해 구성된다.

본 개시는 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치를 위한 전기화학 다중 셀 조립체를 제공하며, 전기화학 다중 셀 조립체는 복수의 단일 CCF를 포함하고, 여기서 단일 CCF의 복수의 강성 지지 프레임은 제1, 제2, 제3 및 제4 강성 지지 프레임으로 구성되며, 제1 및 제2 강성 지지 프레임은 나란히 배치되고 제3 및 제4 강성 지지 프레임은 나란히 배치된다. 전기화학 다중 셀 조립체는 제1 강성 지지 프레임의 순환 챔버가 제3 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되도록 구성되고, 제2 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제4 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 여기서 복수의 각각의 강성 지지 프레임은 단부 강성 지지 프레임이고, 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 갖는다.

전기화학 다중 셀 조립체는 중간 강성 지지 프레임이고 각각의 제1 및 제2 면에 인접하여 부착된 한 쌍의 전기활성 구조를 갖는 적어도 하나의 이중 CCF를 더 포함한다. 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 단부 강성 지지 프레임과 제3 및 제4 강성 지지 프레임 사이에 배치되고, 중간 강성 지지 프레임의 제1 순환 챔버는 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 중간 강성 지지 프레임의 제2 순환 챔버는 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬된다.

전기화학 다중 셀 조립체는 또한 제1, 제2, 제3 및 제4 단부 강성 지지 부재 및 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임을 포함하고, 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 이중 스택을 형성하도록 배열되고, 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제1 순환 챔버에 인접한 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되는 방식으로 정렬되고, 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍은 제2 순환 챔버에 인접한 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬된다.

또한, 전기화학 다중 셀 조립체는 복수의 분리기를 포함하며, 여기서 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 다른 인접한 강성 지지 프레임의 순환 챔버로부터 분리한다.

또한, 전기화학 다중 셀 조립체는 복수의 단부 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷을 포함하고, 여기서 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 정의된 채널 정의 구멍을 갖고, 강성 지지 프레임 부재 각각의 채널 정의 구멍 및 개스킷의 제1 구멍과 제2 구멍은 서로 정렬되어 이중 스택을 통해 흐름 통로를 형성한다.

전기화학 다중 셀 조립체의 실시예에서, 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 두 개의 전기활성 구조를 갖고, 하나의 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착되고 다른 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착된다.

본 발명은 복수의 단일 CCF를 포함하는 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치를 제공하며, 단일 CCF의 복수의 강성 지지 프레임은 제1, 제2, 제3 및 제4 강성 지지 프레임으로 구성되며, 여기서 제1 및 제2 강성 지지 프레임은 나란히 배치되고 제3 및 제4 강성 지지 프레임은 나란히 배치된다. 단일 CCF의 제1 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제3 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 제2 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제4 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되며, 여기서 단부 강성 지지 프레임인 복수의 각각의 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 갖는다.

유니폴라 필터 프레스 전해조는 중간 강성 지지 프레임이고 각각의 제1 및 제2 면에 인접하여 부착된 한 쌍의 전기활성 구조를 갖는 적어도 하나의 이중 CCF를 더 포함하고, 여기서 중간 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 단부 강성 지지 프레임과 제3 및 제4 강성 지지 프레임 사이에 배치되고, 여기서 중간 강성 지지 프레임의 제1 순환 챔버는 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 중간 강성 지지 프레임의 제2 순환 챔버는 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬된다.

또한, 유니폴라 필터 프레스 전해조는 제1, 제2, 제3 및 제4 단부 강성 지지 부재 및 중간 강성 지지 프레임을 갖고, 중간 강성 지지 프레임은 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 이중 스택을 형성하도록 배열되고, 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제1 순환 챔버에 인접한 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되도록 정렬되고, 여기서 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍은 제2 순환 챔버에 인접한 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬된다.

유니폴라 필터 프레스 전해조는 복수의 분리기를 더 포함하고, 여기서 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 다른 인접한 강성 지지 프레임의 순환 챔버로부터 분리한다.

유니폴라 필터 프레스 전해조는 복수의 단부 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷을 더 포함하고, 여기서 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 채널 정의 구멍을 정의하고, 여기서 복수의 단부 강성 지지 프레임과 중간 강성 지지 프레임을 함께 클램핑하기 위한 두 쌍의 단부 클램핑 플레이트가 제공되고, 여기서 각각의 단부 클램핑 플레이트는 단부 강성 지지 프레임 중 하나와 연관되고 이에 인접하게 배치되며, 여기서 각각의 단부 클램핑 플레이트는 액체 및/또는 가스를 이중 스택으로 공급하기 위한 제1 포트 및 이중 스택으로부터 액체 및/또는 가스를 추출하기 위한 제2 포트를 포함한다.

유니폴라 필터 프레스 전해조는 또한 두 쌍의 단부 개스킷을 포함하며, 여기서 각각의 단부 개스킷은 관련 단부 강성 지지 프레임으로부터 각각의 단부 클램핑 플레이트를 절연하기 위해 각각의 단부 고정 플레이트와 관련 단부 강성 지지 프레임 사이에 위치하며, 여기서 제1 및 제2 구멍을 포함하는 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되도록 내부에 정의된다.

유니폴라 필터 프레스 전해조는 단부 개스킷의 제1 및 제2 구멍이 이중 스택을 통한 흐름 통로를 형성하기 위해 강성 지지 프레임 각각의 대응하는 채널 정의 구멍과 정렬되며, 여기서 흐름 통로는 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬된다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면과 함께 취해진 본 발명의 실시예의 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 명확하게 이해될 것이다:
도 1a는 전기적으로 병렬로 구성된 전류 캐리어의 대향하는 측면들 상에 동일한 극성의 전기활성 구조를 포함하는 유니폴라 전기화학 필터 프레스 장치의 베이스 전류 운반 하프-셀 유닛의 평면도를 도시한다.
도 1b는 전기적으로 병렬로 구성된 전류 캐리어의 한 면에 단일 극성의 하나의 전기활성 구조를 포함하는 모노폴라 전기화학 필터 프레스 장치의 베이스 전류 운반 하프-셀 유닛의 평면도를 도시한다.
도 1c는 전기적으로 직렬로 구성된 반대 극성의 전기활성 영역을 정의하는 바이폴라 벽을 포함하는 양극 전기화학 필터 프레스 장치의 베이스 전류 운반 유닛의 평면도를 도시한다;
도 2는 도 3a에 도시된 CCF의 설계에 기초한 CCF의 적층 어레이로 생성된 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 분해된 등축도를 도시한다.
도 3a는 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따라 단일 부품으로 제공되는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시한다.
도 3b는 부품의 대향하는 측면들에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 본 발명에 따른 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시한다.
도 3c는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임에 대한 다양한 전기활성 구조의 단순화된 스케치의 등축도를 도시한다.
도 3d는 유동 제어 채널을 더 포함하는 다양한 삽입 가능한 개스킷-지지 구성요소의 분해된 등축도를 도시한다.
도 3e는 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 한 쌍의 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 예시적인 실시예의 등축도를 도시하고, 여기서 하나는 분명히 애노드이고 하나는 분명히 캐소드이다.
도 3f는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 일부로서 제공되는 개스킷-지지 구성요소의 다양한 대안적 실시예의 분해된 등축도를 도시한다.
도 3g는 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 예시적인 대안적 실시예의 등각도를 도시하고, 여기서 개스킷-지지 구성요소의 대안적인 실시예는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 일부로서 제공된다.
도 3h는 실시예의 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시하고, 여기서 구멍은 각각의 내부 프레임 부재와 단일 측면 암으로 정의된다.
도 4a는 가압 상태에서 전류 운반 능력 및 부품 성능을 개선하기 위해 추가의 천공 가로대를 갖는 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따라 단일 부품으로 제공되는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시한다.
도 4b는 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 4a의 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시한다.
도 5a는 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따라 단일 부품으로 제공된 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시하고, 전류 운반 능력과 생성물 생성을 전기 입력 소스 근처에 집중시키기 위해 동일한 단일 부품에서 제공되는 대각선 배향의 창을 사용하여, 결과적으로 생성된 생성물이 순환 챔버를 빠져나갈 수 있도록 나머지 공간을 할당한다.
도 5b는 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 5a의 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시한다.
도 5c는 동일한 일체형 부품에서 제공되는 대각선 배향의 창, 개선된 열 전달을 가능하게 하는 확장된 프레임 부재, 및 다른 이점 중에서 무게를 줄이기 위해 부품 내에 제공된 추가 재료 컷아웃의 대안적인 실시예를 더 포함하는, 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따라 단일 부품으로 제공된 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시한다.
도 6a는 생성물 출구 경로를 생성하고 가로대 내 전기활성 구조 부착을 위한 지정된 부위를 제공하기 위해 가로대 내 채널이 추가로 제공되고, 가압 상태에서 전류 운반 능력 및 부품 성능을 개선하기 위해 동일한 단일 부품으로부터 제공되는 추가 가로대를 갖는 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위해 본 발명에 따라 하나의 부품으로 제공되는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시한다.
도 6b는 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 6a의 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시한다.
도 6c는 실시예의 단일형 전류 캐리어, 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시하고, 여기서 중간 측방향 크로스 부재는 액체 흐름을 위한 채널을 포함하고, 여기서 채널은 중간 측방향 크로스 부재의 채널 벽과 전기활성 구조에 의해 정의된다.
도 6d는 실시예의 단일형 전류 캐리어, 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시하고, 여기서 중간 측방향 크로스 부재는 측방향 크로스 부재의 길이를 따라 가로 부재를 포함한다.
도 6e는 실시예의 단일형 전류 캐리어, 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등축도를 도시하고, 여기서 중간 측방향 크로스 부재는 측방향 크로스 부재의 길이를 따라 가로 부재와 액체 흐름을 위한 채널을 포함한다. 여기서 채널은 중간 측방향 크로스 부재 및 전기활성 구조의 채널 벽에 의해 정의된다.
도 7은 도 8a에 도시된 이중 CCF와 도 3a에 도시된 단일 CCF의 조합을 사용하여 적층된 CCF 어레이로 구성된 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 분해된 등축도를 도시한다.
도 8a는 본 발명에 따른 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시하고, 여기서 전류 캐리어 및 구조 프레임은 동일한 일체형 부분에 제공된 2개의 별개의 생성물 순환 챔버에 의해 공유된다.
도 8b는 일체형 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 8a의 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시한다.
도 9a는 본 발명에 따른 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 일체형 부품의 등각도를 도시하고, 여기서 전류 캐리어 및 구조 프레임은 가압 상태에서 전류 운반 능력 및 부품 성능을 개선하기 위해 추가 천공 가로대가 있는 동일한 일체형 부품에 제공된 두 개의 별개의 생성물 순환 챔버에 의해 공유된다.
도 9b는 일체형 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 9a의 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시한다.
도 10a는 본 발명에 따른 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에 사용하기 위한 일체형 부품의 등각도를 도시하고, 여기서 전류 캐리어 및 구조 프레임은 동일한 단일 부품에서 제공되는 대각선 배향의 창과 함께 동일한 단일 부품에 제공된 두 개의 개별 생성물 순환 챔버에 의해 공유되어 전기 입력 소스 근처에서 전류 운반 기능 및 생성물 생성을 집중하고 결과적으로 순환 챔버를 빠져나가는 생성된 생성물을 위한 나머지 공간을 할당한다.
도 10b는 일체형 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 10a의 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시한다.
도 10c는 동일한 일체형 부품에서 제공되는 대각선 배향의 창, 개선된 열 전달을 가능하게 하는 확장된 프레임 부재 및 다른 이점 중에서 무게를 줄이기 위해 부품 내에 제공된 추가 재료 컷아웃의 대안적인 실시예를 더 포함하는, 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위한 본 발명에 따라 단일 부품으로 제공된 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조적 프레임의 등각도를 도시한다.
도 11a는 본 발명에 따른 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시하고, 여기서 전류 캐리어 및 구조 프레임은 동일한 단일 부품에서 제공되는 추가 가로대와 함께 동일한 단일 부품에 제공된 두 개의 별개의 생성물 순환 챔버에 의해 공유되어 가압 상태에서 전류 운반 능력 및 프레임 성능을 개선하고, 생성물 출구 경로를 생성하고 가로대 내 전기활성 구조 부착을 위한 지정된 부위를 제공하기 위해 가로대 내 채널이 추가로 제공된다.
도 11b는 일체형 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 11a의 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시한다.
도 12는 도 13a의 일체형 부분에 기초한 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 분해된 등축도를 도시한다.
도 13a는 본 발명에 따른 유니폴라 필터 프레스 유형 전기화학 장치에서 사용하기 위해 하나의 부품으로 제공되는 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시하고, 유니폴라 전기화학 적용의 엔지니어링 요구 사항에 가장 적합하도록, 부품 안팎으로의 반응물 및 생성물의 흐름을 위한 비-제한적인 개수의 추가 통로가 제공된다.
도 13b는 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 13a의 단일형 전류 캐리어, 생성물 순환 챔버 및 구조 프레임의 등각도를 도시한다.
도 14는 도 15a에 도시된 이중 CCF와 도 13a에 도시된 단일 CCF의 조합을 사용하여 적층된 CCF 어레이로 구성된 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 분해된 등축도를 도시한다.
도 15a는 본 발명에 따른 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 단일 부품의 등각도를 도시하고, 여기서 전류 캐리어 및 구조 프레임은 유니폴라 전기화학 적용의 엔지니어링 요구 사항에 가장 적합하도록 부품 안팎으로 반응물 및 생성물의 흐름을 위한 추가 통로의 수에 제한이 없는, 동일한 단일 부품에 제공되는 두 개의 별도 생성물 순환 챔버에 의해 공유된다.
도 15b는 일체형 부품의 대향 측면에 예시적인 전기활성 구조를 더 포함하는 도 15a의 유니폴라 필터 프레스형 전기화학 장치에 사용하기 위한 일체형 부품의 등각도를 도시한다.
도 16a는 특히 생성물 생성 전기활성 구조에 평행하게 이동하는 전류를 예시하는, 도 2의 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 가장 안쪽 구성요소(도 7의 가장 안쪽 구성요소는 또한 이 도면에서 동등하게 거동할 것임) 및 상기 가장 안쪽 구성요소에 대한 결과적인 전류 경로 및 이들의 전기활성 구조의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 16b는 특히 생성물 생성 전기활성 구조에 평행하게 이동하는 전류를 예시하는, 도 7에 도시된 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 가장 안쪽 구성요소(도 14의 가장 안쪽 구성요소는 또한 이 도면에서 동일하게 거동함) 및 상기 가장 안쪽 구성요소 및 이들의 전기활성 구조에 대한 결과적인 전류 경로의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 16c는 특히 단일 블록 조립체에 2개 이상의 필터 프레스 스택을 제공하기 위해 상기 구성요소의 추가 복제물이 장치에 추가될 수 있음을 보여주는 도 8a 및 도 3a(또는 동등하게 도 13a 및 도 15a)의 부품의 조합에 기초하여, 본 발명에 따른 다중 유니폴라 셀 필터 프레스 전해조 블록의 실시예의 최내부 구성요소의 단순화된 평면도를 도시하고; 따라서 낮은 증분 비용으로 장치를 확장하고 생성물을 늘릴 수 있다.

본 개시내용의 다양한 실시예 및 양태는 아래에서 논의되는 세부 사항을 참조하여 설명될 것이다. 다음의 설명 및 도면은 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면들은 실척대로 그려지지 않는다. 본 발명의 다양한 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 복수의 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 어떤 경우에는, 본 발명의 실시예에 대한 간결한 설명을 제공하기 위해 잘 알려져 있거나 통상적인 세부 사항은 설명되지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포함하다" 및 "포함하는"이라는 용어는 배타적이지 않고 포괄적이고 제한이 없는 것으로 해석되어야 한다. 구체적으로, 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어 "포함하다" 및 "포함하는" 및 이들의 변형은 특정 특징, 단계 또는 구성요소가 포함됨을 의미한다. 이러한 용어는 다른 기능, 단계 또는 구성 요소의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "예시적인"이라는 용어는 "예, 실례 또는 예시로서의 역할을 하는 것"을 의미하며, 본 명세서에 개시된 다른 구성보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "약" 및 "대략"이라는 용어는 특성, 파라미터 및 치수의 변동과 같이 값 범위의 상한 및 하한에 존재할 수 있는 변동을 포괄하는 것을 의미한다. 하나의 비-제한적인 예에서, 용어 "약" 및 "대략"은 플러스 또는 마이너스 10% 이하를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "일반적으로" 및 "본질적으로"라는 용어는 피쳐의 일반적인 전반적인 물리적 및 기하학적 외관을 지칭하는 것을 의미하며 본 명세서에 개시된 다른 구성보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "전기활성 구조" 또는 "전기활성 표면"이라는 어구는 전도성 스크린, 확장된 금속 및 천공 플레이트를 말하며, 바람직하게는, 반드시 그러하지는 않지만, 특정 스택에서 의도된 전기활성 물질 및 전기화학 반응에 따라 촉매로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있는 평평하고 얇은 형상을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "밀봉 프로파일"이라는 어구는 필터 프레스 내부의 유체가 외부 대기로 누출되는 것을 방지하는 외부 밀봉을 형성하는 기능을 하는 상기 필터 프레스 전해조 내의 모든 구성요소의 외부 경계에 의해 정의되는 필터 프레스 전해조의 종축을 따른 프로파일을 의미하고, 상기 구성요소는 개스킷 및 마스킹 구성요소를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "대체로 L자형"이라는 어구는 엄격하게 "L자형"이 아닌 형상을 포함한다. 예를 들어, "대체로 L자형" 부재는 인접한 통로가 필터 프레스 스택에서 서로 상보적으로 형성되도록 통로 한정 구조로서 형성될 수 있다.

부품 목록

도 1a: 모노폴라 전류 운반 구성

도 1b: 모노폴라 전류 운반 구성

도 1c: 바이폴라 전류 운반 구성

210 - 전기활성 구조가 부착된 기본 유니폴라 전류 운반 구성의 전기활성 영역의 평면도 및 단면도.

212 - 본 명세서에서 전기 전도성 전류 캐리어 또는 전류 운반 구조라고도 하는 전류 캐리어의 평면도 및 단면도;

214 - 본 명세서에서 전원 공급 장치 또는 전원이라고도 하는 셀로의 전원 입력;

102 - 양극 전기활성 구조를 형성하고 도 2에서 양의 부호를 갖는 양극 메시로 지정된 전기 전도성 메시, 천공 또는 슬롯형 시트, 확장 시트, 스크린, 직물 메시 또는 이와 유사한 적절한 평면 구성;

216 - 구성의 측면으로부터 유입되고 전기활성 구조(102)의 표면과 평행하게 이동하는 전류;

218 - 전기활성 구조가 부착된 기본 모노폴라 전류 운반 구성의 전기활성 영역의 평면도 및 단면도.

220 - 기본 바이폴라 전류 운반 구성의 전기활성 영역의 평면도 및 단면도;

222 - 전도성 바이폴라 벽의 평면도 및 단면도;

224 - 전도성 바이폴라 벽에 직각으로 진입하고 이를 통해 직각으로 이동하는 전류;

226 - 양극 전기활성 영역;

228 - 음극 전기활성 영역;

도 2: 단일 CCF 부품의 등축 전체 조립체

도 3a: 단일 CCF

도 3b: 전기활성 구조를 갖는 단일 CCF

도 3c: 다양한 전기활성 구조

도 3d: 개스킷 지지 피스

도 3e: 애노드 및 캐소드 변형

도 3f: 대안적으로 일체로 제공되는 개스킷 지지 피스

도 3g: CCF에서 대안적으로 일체로 제공되는 개스킷 지지 피스

10 - 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.

12 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제1(단부 플레이트라고도 함);

14 - 제1 모노폴라 CCF(21)와 제1 단부 클램핑 플레이트(12) 사이를 연결하는 2개의 경로 정의 구멍 구멍(110 및 111)을 갖는 제1 전면 개스킷 및 제2 모노폴라 CCF(21) 및 제2 단부 클램핑 플레이트(34)와 연결하는 2개의 경로 정의 구멍(94 및 109)를 갖는 제2 전면 개스킷(여기서는 단부 개스킷이라고도 함);

20 - 전기 전도성 전류 캐리어 순환 챔버 및 양의 극성의 프레임(이중 CCF);

21 - 전기 전도성 전류 캐리어 순환 챔버 및 음의 극성의 프레임(단면 CCF);

22, 24 - 마스킹 프레임(본 명세서에서 마스크라고도 함);

26 - 도 2에서 - 부호를 갖는 음극 전기활성 구조를 형성하는 전기 전도성 메시, 천공 또는 슬롯형 시트, 확장 시트, 스크린, 직물 메시 또는 이와 유사한 적절한 평면 구성;

28 - 분리기;

30 - 서로 다른 극성의 CCF 사이의 밀봉 및 전기 절연 개스킷;

34 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제2(단부 플레이트라고도 함);

40 - 원형 천공의 연속 시트를 포함하는, 본 명세서에서 전기활성 구조 또는 전극 구조로도 지칭되는 평면 전기활성 구조 재료의 비-제한적인 예;

41- 연속 슬롯의 연속 천공된 시트를 포함하는, 본 명세서에서 전기활성 구조 또는 전극 구조로도 지칭되는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

42 - 연속 슬롯형 시트를 포함하는, 본 명세서에서 전기활성 구조 또는 전극 구조로도 지칭되는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

43 - 육각형 천공의 연속 시트를 포함하는, 본 명세서에서 전기활성 구조 또는 전극 구조로도 지칭되는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는, 본 명세서에서 전기활성 구조 또는 전극 구조로도 지칭되는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

45 - 연속 직조 메시를 포함하는, 본 명세서에서 전기활성 구조 또는 전극 구조로도 지칭되는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

48 - 단부 클램핑 플레이트(34)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제1 관형 포트;

49 - 단부 클램핑 플레이트(12)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제1 관형 포트;

50 - 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어로도 알려진 CCF의 예, CCF(20 및 21)에 대해 일반적임;

50A - 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 CCF(50)의 예시적인 음극 실시예;

50B - 전도성 금속 프레임 및 전류 캐리어 전기 전도성 금속 프레임 및 전류 캐리어의 예시적인 양극 실시예, CCF의 20 및 21에 대한 일반적임;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암(여기서는 긴 측면 섹션이라고도 함);

52 - CCF(20)의 제1 채널 정의 구멍;

53 CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 측방향 크로스 부재(본 명세서에서 단측 섹션이라고도 함);

54 - CCF(20)에서 제3 채널 정의 구멍;

55 - CCF(50, 68, 74, 85)의 대향 측면 암(본 명세서에서 대향 긴 측면 섹션이라고도 함);

56 - 개스킷 지지 피스(본 명세서에서 개스킷 지지 부재라고도 함)를 형성하는 비-제한적인 채널, 정의된 크기 및 형상의 채널 제공을 통해 구멍 내외부로의 생성물 및 반응물 통과를 제어하기 위해 내부에 채널들이 제공됨;

56A - 수용될 개스킷 지지 피스(56)를 위한 비-제한적인 마찰 끼워 맞춤 삽입 지점

56B - 채널 제공을 통해 생성물 및 반응물이 CCF(50) 안팎으로 통과하는 것을 제어하기 위해 CCF(50)의 일부로서 일체로 제공된 채널 정의 개스킷 지지 피스;

56C - 구멍의 제공을 통해 생성물 및 반응물이 CCF 내외로 통과하는 것을 제어하기 위해 CCF(50)의 일부로서 일체로 제공된 채널 정의 개스킷 지지 피스;

56D - 하나 이상의 지지 T자형 개스킷 지지 피스에 의해 CCF 안팎으로 생성물 및 반응물 통과를 제어하기 위해 CCF(50)의 일부로서 일체로 제공되는 채널 정의 개스킷 지지 피스;

56E, 56F - 일체로 제공된 개스킷 지지부에 매립된 하나 이상의 음의 T 형상에 의해 CCF 내외로 생성물 및 반응물 통과를 제어하기 위해 CCF(50)의 일부로서 일체로 제공된 채널 정의 개스킷 지지 피스;

57 - 단부 클램핑 플레이트(34)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제2 관형 포트;

59 - 단부 클램핑 플레이트(34)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

61 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제2 측방향 크로스 부재;

63 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(52, 54) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿, 여기서는 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분으로도 지칭됨, 여기서 대체로 L자형 부재는 내부 프레임 부재의 실시예임;

64 - 전원에 연결하기 위한 전기 전도성 탭;

64A - 전기 전도성 탭(64)에 제공된 톱니

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

78 - CCF(50)에서 제4 채널 정의 구멍;

79 - CCF에 제공된 컷아웃;

80 - 도 2의 CCF(20)의 구멍(80) 및 CCF(21)의 구멍(100)에 의해 도시된 CCF(50)의 제2 채널 정의 구멍;

90 - 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 제3 채널 정의 구멍;

94 - 제2 단부 개스킷(14)의 제1 채널 정의 구멍

98 - 프레임(21)의 제1 채널 정의 구멍;

99 - 프레임(21)의 제3 채널 정의 구멍;

100 - 프레임(21)의 제4 채널 정의 구멍;

101 - 프레임(21)의 제2 채널 정의 구멍;

102 - 양극 전기활성 구조를 형성하고 도 2에서 + 부호를 갖는 양극 메시로 지정된 전기 전도성 메시, 천공 또는 슬롯형 시트, 확장 시트, 스크린, 직물 메시 또는 이와 유사한 적절한 평면 구성;

103 - CCF 깊이(103A)에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

104 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(78) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿, 여기서는 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분으로도 지칭되며, 여기서 대체로 L자형 부재는 내부 프레임 부재의 실시예임;

106 - 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 제1 채널 정의 구멍;

107 - 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 제2 채널 정의 구멍;

108 - 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 제4 채널 정의 구멍;

109 - 제2 단부 개스킷(14)의 제2 채널 정의 구멍;

110 - 제1 단부 개스킷(14)의 제1 채널 정의 구멍;

111 - 제1 단부 개스킷(14)의 제2 채널 정의 구멍;

114 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 단부에서 구멍(52 및 54)를 한정하는 스트럿(여기서는 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분으로도 지칭됨), 여기서 대체로 L자형 부재는 내부 프레임 부재의 실시예임;

115 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제2 단부에서 구멍(78 및 80)을 한정하는 스트럿(여기서는 제2 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분으로도 지칭됨), 여기서 대체로 L자형 부재는 내부 프레임 부재의 실시예임;

116 - 단부 클램핑 플레이트(34)의 포트(48), 및 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 하는 구멍(94, 98, 106 및 52)을 통해 형성된 제1 채널 형성 실시예;

117 - 제2 단부 클램핑 플레이트(34)의 포트(57), 및 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭되는 구멍(109, 101, 107 및 80)을 통해 형성된 제2 채널 형성 실시예;

118 - 단부 클램핑 플레이트(12)의 포트(49)와 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 하는 구멍(110, 99, 90, 54, 90 및 99)을 통해 형성된 제3 채널 형성 실시예;

119- 단부 클램핑 플레이트(12)의 포트(59), 및 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭되는 구멍(111, 100, 108, 78, 108 및 100)을 통해 형성된 제4 채널 형성 실시예;

120 - 정의된 크기 및 형상의 채널 제공을 통해 구멍 내외로 생성물 및 반응물 통과를 제어하기 위해 슬롯형 채널이 내부에 제공된 개스킷 지지 피스의 비-제한적인 예(본 명세서에서는 개스킷 지지 부재라고도 함);

121 - 정의된 크기 및 형상의 채널의 제공을 통해 구멍 내외로 생성물 및 반응물 통과를 제어하기 위해 내부에 제공된 파형 채널을 갖는 개스킷 지지 피스의 비-제한적인 예(본 명세서에서는 개스킷 지지 부재라고도 함);

122 - 개스킷 지지 피스의 비-제한적인 예, 여기서 채널은 정의된 크기와 형상의 채널 제공을 통해 구멍 내외로 생성물 및 반응물 통과를 제어하기 위해 펀칭, 스탬핑, 드릴 프레스 또는 피스 내에서 다른 기계적 수단에 의해 삽입된다(본 명세서에서는 개스킷 지지 부재라고도 함);

도 4a: 전도성 "도그 본"을 갖는 단일 CCF

도 4b: 전도성 "도그 본" 및 전기활성 구조를 갖는 단일 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

53 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 측방향 크로스 부재;

55 - CCF(50, 68, 74, 85)의 대향 측면 암;

68 - 도그 본을 갖는 단일 CCF의 프레임(전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어는 CCF의 20 및 21을 동등하게 대체할 수 있음)

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

69 - 큰 도그 본(순환 챔버(103)을 가로지르는 제거 가능한 전기 전도성 스트럿), 본 명세서에서 스트럿 또는 해제 가능하게 분리 가능한 중간 측방향 크로스 부재라고도 함;

70 - 도그 본 가로대의 관통 홀(채널 정의 스트럿 섹션인 측방향 크로스 부재(69)의 부분; 채널 정의 스트럿 섹션은 펀칭, 스탬핑, 드릴 프레스 또는 측방향 크로스 부재(69) 내에 다른 기계적 수단에 의해 삽입됨);

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수;

114 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 단부에서 구멍(52 및 54)을 한정하는 스트럿;

115 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제2 단부에서 구멍(78 및 80)을 한정하는 스트럿;

도 5a: 전도성 창을 갖는 단일 CCF

도 5b: 전도성 창 및 전기활성 구조를 갖는 단일 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

55 - CCF(50, 68, 74, 85)의 대향 측면 암;

53 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 측방향 크로스 부재;

66 - 제1 노치,

67 - 제2 노치,

74 - 창을 갖는 단일 CCF의 프레임(전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어는 도 2 및 도 7에서 CCF의 20 및 21을 동등하게 대체할 수 있음);

74A - 창(76A)을 사용하는 CCF(74);

76 - 단일 CCF(74)의 "창"(CCF(74)의 일부로 제공된 대각선 배향의 창 돌출부, 프레임에서 전원이 공급되는 곳에 인접하여 위치됨);

76A - 창(76)의 대안적인 실시예;

103- CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수;

114- CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 단부에서 구멍(52 및 54)을 한정하는 스트럿;

115- CCF(50, 68, 74, 85)의 제2 단부에서 구멍(78 및 80)을 한정하는 스트럿;

도 6a: 전도성 스트럿을 갖는 단일 CCF

도 6b: 전도성 스트럿 및 전기활성 구조를 갖는 단일 CCF

44- 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

53 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 측방향 크로스 부재;

58 - 순환 챔버(103)를 가로지르는 전기 전도성 스트럿(본 명세서에서는 순환 챔버(103)를 가로지르는 측방향 크로스 부재라고도 함);

60 - 채널 정의 스트럿 섹션인 스트럿(58)의 부분;

62 - 전기활성 구조에 대한 부착 지점으로 사용되는 스트럿(58)의 융기 부분(형상이라고도 함);

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

85 - 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어는 CCF의 20 및 21을 동등하게 대체할 수 있음;

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

114 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제1 단부에서 구멍(52 및 54)을 한정하는 스트럿;

115 - CCF(50, 68, 74, 85)의 제2 단부에서 구멍(78 및 80)을 한정하는 스트럿;

도 7: 이중 및 단일 CCF 부품의 등축 완전 조립체

310 - 결합된 이중 및 단일 CCF(전기화학 다중 셀 조립체)의 조립된 스택, 또한 본 명세서에서 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치로 지칭됨;

312 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제1(단부 플레이트라고도 함);

316 - 제1 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(358) 및 구멍(110, 54, 106, 352)을 통해 형성된 제1 채널 형성 실시예(여기서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭됨);

317 - 제1 단부 클램핑 플레이트(312)(제1 단부 개스킷(14)에 의해 가려짐)의 관형 포트 및 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭되는 구멍(111, 78, 107, 380)을 통해 형성된 제2 채널 형성 실시예;

318 - 제1 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(351), 및 이중 CCF(350)의 구멍(94, 52, 90, 354)을 통해 형성된 제3 채널 형성 실시예, 구멍(90 및 52)은 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭됨;

319 - 제1 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(353) 및 구멍(109, 80, 108, 378, 108, 80)을 통해 형성된 제4 채널 형성 실시예(여기서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭됨);

320 - 제2 단부 클램핑 플레이트(334)에 연결하는 포트(348), 및 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭되는 구멍(94)(절단으로 인해 도시되지 않음)(54, 90, 356)을 통해 형성된 제5 채널 형성 실시예;

321 - 제2 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(357) 및 여기서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 지칭되는 구멍(109, 78, 108, 381)을 통해 형성된 제6 채널 형성 실시예;

322 - 제2 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(349) 및 이중 CCF(350)의 구멍(110, 52, 106, 355), 구멍(106, 52)(본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로로도 지칭됨)을 통해 형성된 제7 채널 형성 실시예;

323 - 제2 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(359)와 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 하는 구멍(111, 80, 107, 379, 107 및 80)을 통해 형성된 제8 채널 형성 실시예;

334 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제2(단부 플레이트라고도 함);

350 - 기본 이중 CCF 프레임("이중" 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 도 7의 조립체 스택에서 사용되는 전류 캐리어)

348 - 단부 클램핑 플레이트(334)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제1 관형 포트;

357 - 단부 클램핑 플레이트(334)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제2 관형 포트;

351 - 단부 클램핑 플레이트(334)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제3 관형 포트;

353 - 단부 클램핑 플레이트(334)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제4 관형 포트;

349 - (상단) 단부 클램핑 플레이트(312)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제1 관형 포트;

359 - 단부 클램핑 플레이트(312)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 (하부) 제2 관형 포트;

358 - 단부 클램핑 플레이트(312)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 (상부) 제3 관형 포트;

398 - 프레임(21)의 제1 채널 정의 구멍;

399 - 프레임(21)의 제3 채널 정의 구멍;

도 8a: 이중 CCF

도 8b: 전기활성 구조를 갖는 이중 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

304 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(378) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿, 여기서 CCF(350, 368, 374, 385)에서 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분이라고도 함;

305 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(379) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿, 여기서 CCF(350, 368, 374, 385)에서 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분으로도 지칭됨;

314 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(352 및 354)을 한정하는 스트럿, 여기서 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분이라고도 함;

315 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(378 및 380)을 한정하는 스트럿, 여기서 제2 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분이라고도 함;

332 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 중심축, 여기서 전류는 본 명세서에서 중앙 암 또는 중앙 프레임 부재라고도 하는 생성물 순환 챔버(103) 둘 모두로 들어감;

350 - 기본 이중 CCF 프레임(도 7의 조립체 스택에서 이용되는 "이중" 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어);

352 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 채널 정의 구멍;

345 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 짧은 측면 섹션(본 명세서에서 측방향 크로스 부재 또는 CCF 폭이라고도 함);

354 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제3 채널 정의 구멍;

355 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제7 채널 정의 구멍;

356 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제5 채널 정의 구멍;

360 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(379 및 381)을 한정하는 스트럿, CCF(350, 368, 374, 385)에서 제4 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분이라고도 함;

363 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(354) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿, CCF(350, 368, 374, 385)에서 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분이라고도 함;

378 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제4 채널 정의 구멍;

379 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제8 채널 정의 구멍;

380 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 채널 정의 구멍;

381 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제6 채널 정의 구멍;

382 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(356 및 355)을 한정하는 스트럿, CCF(350, 368, 374, 385)에서 제3 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분이라고도 함;

383 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(355) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿, CCF(350, 368, 374, 385)에서 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분이라고도 함;

도 9a: "도그 본"을 갖는 이중 CCF

도 9b: "도그 본" 및 전기활성 구조를 갖는 이중 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

69 - 큰 도그 본(순환 챔버(103)를 가로지르는 제거 가능한 전기 전도성 스트럿);

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

304 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(378) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

305 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(379) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

314 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(352 및 354)을 한정하는 스트럿;

315 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(378 및 380)을 한정하는 스트럿;

332 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 중심축, 여기서 전류는 두 개의 생성물 순환 챔버(103) 모두에 들어감;

352 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 채널 정의 구멍;

345 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 짧은 측면 섹션;

354 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제3 채널 정의 구멍;

355 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제7 채널 정의 구멍;

356 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제5 채널 정의 구멍;

360 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(379 및 381)을 한정하는 스트럿;

363 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(354) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿;

368 - 도그 본을 갖는 이중 CCF(도 7의 조립체 스택에서 동등하게 이용될 수 있는 제조된 채널을 갖는 제거 가능한 전도성 스트럿을 갖는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어);

378 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제4 채널 정의 구멍 ;

379 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제8 채널 정의 구멍;

380 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 채널 정의 구멍;

381 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제6 채널 정의 구멍;

382 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(356, 355)을 한정하는 스트럿;

383 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(355) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿;

도 10a: 전도성 창을 갖는 이중 CCF

도 10b: 전도성 창 및 전기활성 구조를 갖는 이중 CCF

도 10c: 대안적인 창을 갖는 이중 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51- CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 긴 측면 섹션;

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

76 - 단일 CCF(374)의 "창"(프레임에서 전원이 제공되는 곳에 인접하여 위치되는, CCF(374)의 일부로 제공되는 대각선 배향의 막대 형상 돌출부);

76A - 창(76)의 대안적인 실시예;

79 - CCF에 제공된 컷아웃;

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

304 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(378) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

305 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(379) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

314 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(352 및 354)을 한정하는 스트럿;

315 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(378 및 380)을 한정하는 스트럿;

332 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 중심축, 여기서 전류는 두 생성물 순환 챔버(103) 모두에 들어감;

352 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 채널 정의 구멍;

345 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 짧은 측면 섹션;

354 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제3 채널 정의 구멍;

355 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제7 채널 정의 구멍;

356 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제5 채널 정의 구멍;

360 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(379 및 381)을 한정하는 스트럿;

363 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(354) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿;

374 - 창을 갖는 이중 CCF(도 7의 조립체 스택에서 동등하게 이용될 수 있는 전도성 창을 갖는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어);

374A - 창(76A)을 사용하는 CCF(374);

378 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제4 채널 정의 구멍;

379 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제8 채널 정의 구멍;

380 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 채널 정의 구멍;

381 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제6 채널 정의 구멍;

382 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(356, 355)을 한정하는 스트럿;

383 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(355) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿;

도 11a: 전도성 스트럿을 갖는 이중 CCF

도 11b: 전도성 스트럿 및 전기활성 구조를 갖는 이중 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

58 - 순환 챔버(103)를 가로지르는 전기 전도성 스트럿;

60 - 채널 정의 스트럿 섹션인 스트럿(58)의 부분;

62 - 전기활성 구조의 부착 지점으로 사용되는 스트럿(58)의 융기 부분;

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

76 - 단일 CCF(374)의 "창"(프레임에서 전원이 제공되는 곳에 인접하여 위치되는, 374의 일부로 제공된 대각선 배향의 창 돌출부);

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

304 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(378) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

305 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(379) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

314 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(352 및 354)을 한정하는 스트럿;

315-CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(378 및 380)을 한정하는 스트럿;

332-CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 중심축, 여기서 전류는 두 생성물 순환 챔버(103) 모두에 들어감;

352 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 채널 정의 구멍;

345 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 짧은 측면 섹션;

354 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제3 채널 정의 구멍;

355 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제7 채널 정의 구멍;

356 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제5 채널 정의 구멍;

360 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 단부에서 구멍(379 및 381)을 한정하는 스트럿;

363 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(354) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿;

378 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제4 채널 정의 구멍;

379 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제8 채널 정의 구멍;

380 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제2 채널 정의 구멍;

381 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제6 채널 정의 구멍;

382 - CCF(350, 368, 374, 385)의 제1 단부에서 구멍(356, 355)을 한정하는 스트럿;

383 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(355) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿;

385 - 가로대를 갖는 이중 CCF(도 7의 조립체 스택에서 동등하게 이용될 수 있는 채널을 갖는 전도성 스트럿을 갖는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어);

도 12: 추가 전달 통로를 갖는 단일 CCF의 등각 전체 조립체

410 - 추가 생성물 전달 통로를 갖는 단일 CCF(전기화학 셀)의 조립된 스택, 본 명세서에서 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치라고도 함;

412- 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제1(단부 플레이트라고도 함);

414 - 본 명세서에서 단부 개스킷으로도 지칭되는 3개의 경로를 갖는 제1 전면 개스킷;

416 - 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(449) 및 단부 개스킷(414)의 구멍(494), CCF(450)의 구멍(493), 개스킷(430)의 구멍(460), CCF 450의 구멍(488), 구멍(460 및 493)을 포함하는 제1 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

417 - 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(459) 및 구멍(495, 480, 461, 478, 461, 480)을 포함하는 제2 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

418 - 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(452) 및 구멍(496, 492, 462, 489, 462, 492)을 포함하는 제3 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

419 - 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(457) 및 구멍(495, 478, 463, 480, 463, 480)을 포함하는 제4 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

420 - 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(451), 구멍(496, 489, 464, 492)을 포함하는 제5 채널 형성 실시예, 본 명세서에서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

421 - 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(448) 및 구멍(494, 488, 465, 493)을 포함하는 제6 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

430 - 상이한 극성의 CCF 사이의 밀봉 및 전기 절연 개스킷;

422, 424 - 마스킹 프레임;

434 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제2(단부 플레이트라고도 함);

450 - 다중 통로를 갖는 단일 CCF에 할당됨(생성물 및 반응물 입력 및 출력을 위한 추가 통로가 있는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어, 다중 통로 스택 도 12에서 이용됨);

448 - 단부 클램핑 플레이트(434)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제1 관형 포트;

457 - 단부 클램핑 플레이트(434)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제2 관형 포트;

449 - 단부 클램핑 플레이트(412)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제1 관형 포트;

459 - 단부 클램핑 플레이트(412)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제2 관형 포트;

451 - 단부 클램핑 플레이트(434)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제3 관형 포트;

452 - 단부 클램핑 플레이트(412)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 제3 관형 포트;

460 - 개스킷(430)의 제1 구멍;

461 - 개스킷(430)의 제2 구멍;

462 - 개스킷(430)의 제3 구멍;

463 - 개스킷(430)의 제4 구멍;

464 - 개스킷(430)의 제5 구멍;

465 - 개스킷(430)의 제6 구멍;

494 - 단부 개스킷(414)의 제1 채널 정의 구멍;

495 - 단부 개스킷(414)의 (하단) 제2 채널 정의 구멍;

496 - 단부 개스킷(414)의 (가운데) 제3 채널 정의 구멍;

도 13a: 다중 전달 통로를 갖는 단일 CCF

도 13b: 다중 전달 통로 및 전기활성 구조를 갖는 단일 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51- CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 긴 측면 섹션;

53- CCF(50, 68, 74, 85, 450)의 짧은 측면 섹션;

64 - 전원에 연결하기 위한 전기 전도성 탭;

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수

404 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(478) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

415 - CCF(450)의 제2 단부에서 구멍(478 및 480)을 한정하는 스트럿;

450 - 다중 통로를 갖는 단일 CCF에 할당됨(생성물 및 반응물 입력 및 출력을 위한 추가 통로가 있는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어, 다중 통로 스택 도 12에서 이용됨);

478 - CCF(450)의 제4 채널 정의 구멍;

480 - CCF(450)의 제2 채널 정의 구멍;

481 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(493, 492, 489, 488) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿, 여기서는 제1 대체로 L자형 부재 또는 스트럿의 제1 암 부분으로도 지칭됨;

483 - 구멍(493)으로부터의 액체가 구멍(492)으로 흐를 수 있도록 487과 481 사이에 제공되는 개구, 여기서는 채널 또는 통과점이라고도 한다.

484 - 채널 정의 구멍(488 및 489)과 제1 제한 전도성 스트럿(481) 사이의 제5 제한 전도성 스트럿;

486 - 채널 정의 구멍(489, 492)과 제1 제한 전도성 스트럿(481) 사이의 제4 제한 전도성 스트럿;

487 - 채널 정의 구멍(492 및 493)과 제1 제한 전도성 스트럿(481) 사이의 제3 제한 전도성 스트럿;

488 - 제6 채널 정의 구멍;

489 - 제5 채널 정의 구멍;

492- 제3 채널 정의 구멍;

493- 제1 채널 정의 구멍;

도 14: 추가 전달 통로를 갖는 이중-단일 CCF의 등축 전체 조립체

510 - 추가 생성물 전달 통로를 갖는 단일 및 이중 CCF(전기화학 다중 셀 조립체)의 조립 스택, 본 명세서에서 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치라고도 함;

512 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제1(단부 플레이트라고도 함);

534 - 2개의 단부 클램핑 플레이트 중 제2(단부 플레이트라고도 함);

550 - 다중 통로를 갖는 이중 CCF(생성물 및 반응물 입력 및 출력을 위한 추가 통로가 있는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어, 다중 통로 스택 도 14에서 이용됨);

단부 클램핑 플레이트(512)에 연결

516 - 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(549) 및 이중 CCF(550)의 구멍(494, 488, 460, 593)을 포함하는 제1 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

517-제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 관형 포트(제1 단부 개스킷(414)에 의해 가려짐), 구멍(495, 478, 461)(전기활성 구조에 의해 가려짐), CCF(550)의 양극 분극 측의 구멍(580)을 포함하는 제2 채널 형성 실시예, 여기서 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

518- 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(555) 및 구멍(496, 489, 462, 592)을 포함하는 제3 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

525 - 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(556) 및 구멍(495, 480, 461, 558, 461, 480)을 포함하는 제10 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

526 - 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(546) 및 구멍(496, 492, 462, 569, 462, 492)을 포함하는 제11 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

527 - 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(547) 및 구멍(494, 493, 460, 568, 460, 493)을 포함하는 제12 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

549 - 제1 흐름 통로(516)를 통해 단부 클램핑 플레이트(512)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

555 - 흐름 통로(518)를 통해 단부 클램핑 플레이트(512)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

556 - 흐름 통로(525)를 통해 단부 클램핑 플레이트(512)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

546 - 흐름 통로(526)를 통해 단부 클램핑 플레이트(512)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

547 - 흐름 통로(527)를 통해 단부 클램핑 플레이트(512)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

단부 클램핑 플레이트(534)에 연결

519 - 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(553), 단부 개스킷(414)의 가려진 구멍(495), 및 구멍(480, 463, 578, 463, 480)을 포함하는 제4 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

520 - 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(554) 및 구멍(496, 492, 464, 589, 464, 492)을 포함하는 제5 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

521 - 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(552) 및 구멍(494, 493, 465, 588, 465, 493)을 포함하는 제6 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

522 - 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(548) 및 구멍(494, 488, 465, 573)을 포함하는 제7 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

523 - 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(557) 및 구멍(495, 478, 463, 560)을 포함하는 제8 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

524 - 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(551) 및 구멍(496, 489, 464, 572)을 포함하는 제9 채널 형성 실시예, 본 명세서에서는 생성물 전달 통로 또는 흐름 통로라고도 함;

548 - 흐름 통로(522)를 통해 단부 클램핑 플레이트(534)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

557 - 흐름 통로(523)를 통해 단부 클램핑 플레이트(534)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

551 - 흐름 통로(524)를 통해 단부 클램핑 플레이트(534)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

552 - 흐름 통로(521)를 통해 단부 클램핑 플레이트(534)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

553 - 흐름 통로(519)를 통해 단부 클램핑 플레이트(534)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

554 - 흐름 통로(520)를 통해 단부 클램핑 플레이트(534)로/로부터 생성물을 공급하거나 추출하기 위한 관형 포트;

도 15a: 추가 전달 통로를 갖는 이중 CCF

도 15b: 추가 전달 통로 및 전기활성 구조를 갖는 이중 CCF

44 - 연속 확장 금속 시트를 포함하는 평면 전기활성 구조의 비-제한적인 예;

51 - CCF(50, 68, 74, 85, 350, 368, 374, 385, 450, 550)의 측면 암;

345 - CCF(50, 68, 74, 85, 450)의 짧은 측면 섹션;

66 - 제1 노치;

67 - 제2 노치;

103 - CCF 깊이에 의해 제공되는 순환 챔버;

103A - 순환 챔버(103)의 깊이 치수;

332 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 중심축, 여기서 전류는 두 생성물 순환 챔버(103) 모두에 들어감;

345 - CCF(350, 368, 374, 385, 450, 550)의 짧은 측면 섹션;

504 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(578) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

515 - CCF(550)의 제2 단부에서 구멍(578 및 580)을 한정하는 스트럿;

550 - 다중 통로를 갖는 이중 CCF(생성물 및 반응물 입력 및 출력을 위한 추가 통로가 있는 전기 전도성 금속 프레임 순환 챔버 및 전류 캐리어, 다중 통로 스택 도 14에서 이용됨);

535 - CCF(550)의 제2 단부에서 구멍(558 및 560)을 한정하는 스트럿;

540 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(558) 사이의 제2 제한 전도성 스트럿;

558 - CCF(550)에서 제10 채널 정의 구멍;

560 - CCF(550)의 제8 채널 정의 구멍;

561 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(573, 572, 569, 568) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿, 여기서는 제1 대체로 L자형 부재 또는 스트럿의 제1 암 부분으로도 지칭됨;

563 - 구멍(573)으로부터의 액체가 구멍(572)으로 흐를 수 있도록 스트럿(567)와 암 부분(561) 사이에 제공되는 개구, 여기서는 채널 또는 통과점이라고도 함;

564 - 채널 정의 구멍(568, 569)과 제1 한정 전도성 암 부분(561) 사이의 제8 한정 전도 스트럿;

566 - 채널 정의 구멍(569, 572)과 제1 한정 전도성 암 부분(561) 사이의 제7 한정 전도 스트럿;

567 - 채널 정의 구멍(572, 573)과 제1 한정 전도성 암 부분(561) 사이의 제6 한정 전도 스트럿;

568 - 제12 채널 정의 구멍;

569 - 제11 채널 정의 구멍;

572 - 제9 채널 정의 구멍;

573 - 제7 채널 정의 구멍;

578 - CCF(550)의 제4 채널 정의 구멍;

580 - CCF(550)의 제2 채널 정의 구멍;

581 - 순환 챔버(103)와 채널 정의 구멍(593, 592, 589, 588) 사이의 제1 제한 전도성 스트럿, 여기서는 제1 대체로 L자형 부재 또는 스트럿의 제1 암 부분으로도 지칭됨;

583 - 구멍(593)로부터의 액체가 구멍(592)으로 흐를 수 있도록 스트럿(587)와 암 부분(581) 사이에 제공된 개구, 여기서는 채널 또는 통과점이라고도 함;

584 - 채널 정의 구멍(588, 589)과 제1 한정 전도성 암 부분(581) 사이의 제5 한정 전도성 스트럿;

586 - 채널 정의 구멍(589 및 592)과 제1 한정 전도성 암 부분(581) 사이의 제4 한정 전도 스트럿;

587 - 채널 정의 구멍(592, 593)과 제1 한정 전도성 암 부분(581) 사이의 제3 한정 전도 스트럿;

588 - 제6 채널 정의 구멍;

589 - 제5 채널 정의 구멍;

592 - 제3 채널 정의 구멍;

593 - 제1 채널 정의 구멍;

도 16a: 평면도 - 유니폴라 단일 스택 전류 흐름

도 16b: 평면도 - 유니폴라 이중 스택 전류 흐름

도 16c: 평면도 - 스케일링된 유니폴라 CCF 셀 블록 실시예

50 - 기본 단일 CCF

26 - 도 2에서 - 부호를 갖는 음극 전기활성 구조를 형성하는 전기 전도성 메시, 천공 또는 슬롯형 시트, 확장 시트, 스크린, 직물 메시 또는 이와 유사한 적절한 평면 구성;

28 - 분리기;

30 - 상이한 극성의 CCF 사이의 밀봉 및 전기 절연 개스킷;

102- 양극성 전기활성 구조를 형성하고 도 2에서 + 부호를 갖는 양극성 메시로 지정된 전기 전도성 메시, 천공 또는 슬롯형 시트, 확장 시트, 스크린, 직물 메시 또는 이와 유사한 적절한 평면 구성;

350 - 기본 이중 CCF.

도 1a는 전기활성 구조가 부착된 210의 하프-셀에 의해 일반적으로 도시된 기본 유니폴라 전류 운반 구성의 전기활성 영역의 평면도 및 단면도를 예시한다. 유니폴라 전류 전달 구성은 전류 운반 구조(212)의 대향 측면들에 동일한 극성의 복수의 전기활성 구조(102)를 제공하는 전류 운반 구조(212)를 포함하여, 동일한 범용 극성(226)의 영역이 전류 운반 구조(212)의 대향 측면들에 제공되고, 전류는 전원(214)에 의해 제공되고 전류 캐리어(212)에서 화살표(216) 방향으로 가로질러 전기활성 구조(102)로 흐른다. 전형적으로, 전류는 왼쪽에서 오른쪽으로 전기활성 구조(102)에 평행한 방향으로 흐른다. 도 1a의 하프 셀은 포지티브 및 네거티브 하프 셀 쌍으로 구성된 유니폴라 전기화학 필터 프레스 장치용 베이스 전류 운반 유닛을 생성한다.

도 1b는 전기활성 구조가 부착된 218의 하프-셀에 의해 일반적으로 도시된 기본 모노폴라 전류 운반 구성의 전기활성 영역의 평면도 및 단면도를 예시한다. 모노폴라 전류 전달 구성은 전류 운반 구조(212)의 일 측면에 단일 극성의 전기활성 구조(102)를 제공하는 전류 운반 구조(212)를 포함하여, 하나의 극성 영역(226)이 전기활성 구조(102)를 소유하는 전류 운반 구조(212)의 측면에 제공되고, 전류는 전원(214)에 의해 제공되고 화살표(216) 방향으로 전류 캐리어(212)에서 전기활성 구조(102)로 흐른다. 전형적으로, 전류는 왼쪽에서 오른쪽으로 전기활성 구조(102)에 평행한 방향으로 흐른다. 도 2a의 하프 셀은 포지티브 및 네거티브 하프 셀 쌍으로 구성된 모노폴라 전기화학 필터 프레스 장치용 베이스 전류 운반 유닛을 생성한다.

도 1c는 일반적으로 220으로 도시된 기본 바이폴라 전류 운반 구성의 전기활성 영역의 평면도 및 단면도를 도시한다. 바이폴라 전류 운반 구성은 전류 운반 구조의 대향 측면들에서 반대 극성의 전기활성 영역을 한정하는 바이폴라 벽(222)을 포함하여, 반대 극성의 영역(226, 228)이 바이폴라 벽(222)의 대향 측면들에 제공되고, 전류는 전원(214)에 의해 제공되고 방향(224)으로 직각으로 바이폴라 벽을 통해 흘러, 바이폴라 전기화학 필터 프레스 장치를 위한 베이스 전류 운반 장치를 생성한다. 바이폴라 필터 프레스 내의 셀은 전기적으로 직렬로 연결되며, 각각의 개별 전류 캐리어는 일반적으로 전도성 바이폴라 벽에 의해 연결된 하나의 양극 측면과 하나의 음극 측면을 포함한다. 바이폴라 벽(222)은 양극 및 음극 절반을 분리하는 전극을 갖는 비-다공성 전기 전도성 벽이다. 물 전기분해의 경우 위험한 O와 H의 혼합을 허용하고 부식성 염소 전기분해에서 바람직하지 않은 양극액과 음극액을 교차 오염시키므로, 당연히 이것은 다공성일 수 없다.

본 개시에 제시된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치의 모든 실시예(예를 들어, 도 2의 10, 도 7의 310, 도 12의 410, 도 14의 510)는 다양한 전기화학 공정에 이용될 수 있다. 공정의 바람직한 예에는 알칼리성 물 전기분해, 클로르 알칼리 및 염소산나트륨 전기분해를 통한 염소 생산이 포함된다. 이러한 모든 전기분해 공정에서, 셀의 음극 분극 영역에서 음극에 노출된 전해질을 "음극액"이라고 하고, 셀의 양극 분극 영역에서 양극에 노출된 전해질을 "양극액"이라고 한다.

알칼리성 물 전기분해(이의 반응은 당업자에게 잘 알려져 있음)에서, 출발 전해질은 고염기성 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 용액으로 구성된다. 생성된 양극 생성물은 산소 가스이고 생성된 음극 생성물은 수소 가스이다. 음극액과 필요한 추가 반응물은 필터 프레스 스택의 음극 단부로 공급되고 양극액과 필요한 추가 반응물은 목표 농도가 달성되도록 스택의 양극 단부로 공급된다.

염소 전기분해에서, 시작 전해질은 "염수"라고 하는 물 중의 염화나트륨으로 구성된다. 양극 생성물은 가스 염소이고, 음극 생성물은 수소 가스와 수산화나트륨이다. 염소산나트륨 생산 공정에서, 염소 전기분해는 분리기 없이(즉, 본 명세서에 제시된 실시예와 동일하지만 후술하는 분리기(28) 없이) 완료되어, 염소와 수산화나트륨이 분리되지 않는다. 염소와 수산화나트륨이 분리되지 않은 경우("염소산나트륨 전기분해"라고 함), 염소 양극 생성물은 수산화나트륨 음극 생성물과 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하고, 이는 제거되고 반응하여 염소산 나트륨 NaClO₃를 생성한다.

분리기가 염소 전지에 적용되고("클로르 알칼리 공정"으로 지칭됨) 상기 분리기가 종종 양이온 교환 막으로 제공되는 경우, 이 양이온 교환 막은 양극액과 음극액을 분리한다. 염수는 양극 플레이트로 공급되고, 나트륨 이온과 물 분자는 막을 통해 음극액으로 이동한다. 염화이온은 막에 의해 음극액으로 이동하는 것을 방지한다. 양극 생성물은 여전히 가스 염소이고, 음극 생성물은 여전히 수소 가스와 수산화나트륨이다. 구형 염소 셀의 막 대신에 분리기 다이어프램이 적용될 수 있고, 여기서 양극액은 이온 수송 공정이 아닌 대량 수송 공정을 통해 음극액에서 물리적으로 분리되며, 다이어프램을 통해 음극액으로 양극액의 대량 흐름이 있다.

막 염소 전기분해 공정에서, 농도가 감소된 염수("고갈된 염수")는 양극 플레이트에서 제거되고, 염으로 재포화되어 필요한 염 농도가 유지되도록 하고, 셀로 다시 공급된다. 음극에서, 물은 전기 분해되어 수소와 수산기 이온을 형성하고 나트륨 이온과 결합하면 가성 소다를 형성한다. 생성물의 가스 액체 분리와 양극액의 재순환 및 재포화는 전지 설계 및 적용의 제약에 따라 전해 전지 외부 또는 전해 전지 내부에서 달성될 수 있다. 클로르 알칼리 공정 및 염소산 나트륨 생산 공정은 전기 분해 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려져 있는데, 그들의 화학 생성물(염소, 수소, 가성 소다)은 표백제(염소로 만든 것), 염산 및 과산화수소(수소로 만든 것)와 같은 잘 알려진 생성물을 만들기 위해 다양한 화학 산업에 판매되기 때문이다.

최근 몇 년간 수소 경제의 증가하는 모멘텀은 전통적인 적용 분야와 새로운 적용 분야 모두를 위한 수소 생산에 적용되는 알칼리성 물 전기분해와 같은 확장 가능한 경제적 산업 전기분해 공정에 대한 필요성을 더욱 강화한다. 본 명세서에 제시된 유니폴라 전기화학 장치는 대규모 알칼리 수 전기분해에 적용될 때 특히 바람직하다.

도 2는 도 3a에 도시된 유형의 단일 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임("CCF")의 적층 어레이를 사용하여 구축된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)(본 명세서에서 "유니폴라 필터 프레스 전해조 조립체"라고도 함)의 분해도를 도시한다. 도 2에 표시된 유니폴라 조립체는 단일 회로로서 하나의 유니폴라 전기화학 필터 프레스 스택과 동일하다.

CCF 기술에 기반한 유니폴라 필터 프레스 스택을 설명할 때 중요한 설명은 단일 전기화학 셀의 정의이다. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)(및 나중에 설명되는 410) 각각은 전기적으로 병렬로 구성된 하나(1)의 전기화학 셀을 나타낸다. 하나의 유니폴라 전기화학 셀 내에서 생성물 생성을 위한 표면적을 늘리기 위해, 추가 양극 및 음극 CCF를 필터 프레스 스택에 길이 방향으로 추가하기만 하면 된다. 제공된 모든 음극 CCF는 외부에서 병렬로 연결되며, 마찬가지로 제공된 모든 양극 CCF는 외부에서 병렬로 연결된다. 유니폴라 필터 프레스 스택 내에서 종방향으로 CCF를 추가로 제공한 후에도, 스택은 하나의 전기화학 셀로 유지되며 이제 셀당 표면적이 증가한다.

이는 전기적으로 직렬로 구성된 바이폴라 필터 프레스의 유사한 상황과 대조된다. 바이폴라 필터 프레스에서, 바이폴라 전극 조립체(예를 들어, 도 1c에 도시된 것)의 각각의 종방향 추가와 함께, 필터 프레스 내의 전기화학 셀의 수가 증가한다. 결과적으로, 전기화학 셀당 생성물 생성을 위한 표면적을 증가시키지 않고 직렬로 연결된 바이폴라 필터 프레스의 총 전압이 증가한다.

대규모 알칼리 수 전기분해 분야에서 전기화학 셀당 표면적을 증가시키는 것이 매우 요망되며, 따라서 전해조 설계의 생성물 출력 및 전체 효율을 증가시킨다. 전기화학 셀당 표면적이 증가함에 따라, 셀당 더 큰 암페어가 활성화되어, 결과적으로 잘 알려진 패러데이의 전기 분해 법칙에 따라 더 많은 수소 생성물 생성이 가능하다. 이것은 CCF에 기반한 유니폴라 필터 프레스 기술을 대규모 알칼리성 물 전기분해의 적용에 특히 바람직하게 만들고, 여기서 생성물 생성을 효율적으로 확장하려면 전기화학 셀당 표면적의 큰 증가가 필요하다.

동일한 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(310 및 510) 내에 2개의 유니폴라 필터 프레스 스택(비례적으로 2개의 전기화학 셀을 생성함)이 제공되는 유니폴라 필터 프레스 조립체는 나중에 설명된다. 이러한 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(310 및 510)는 또한 후술하고 도 16c에 도시된 바와 같이 셀당 표면적을 증가시키기 위해 각각의 필터 프레스 스택 내에 추가적인 CCF를 제공함으로써 종방향으로 스케일링될 수 있다. 이러한 다중 셀 조립체는 조립체당 전기화학 셀의 개수를 비례적으로 증가시키기 위해 측방향으로 스케일링될 수 있으며, 이는 또한 나중에 설명되고 도 16c에 도시되어 있다.

도 2에 도시된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)의 특징이 본 명세서에서 더 상세히 설명된다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10) 내에서, 2개의 유니폴라 포지티브 및 2개의 모노폴라 네거티브 전기화학 반응 영역이 전기적으로 병렬로 구성되어, 총 4개의 전기화학 활성 영역을 생성한다. 이해를 쉽게 하기 위해, 그러나 다른 가능성을 제한하지 않기 위해, 아래에서 추가로 설명되는 CCF(20)는 양극성인 것으로 해석되고 CCF(21)는 음극성인 것으로 해석된다. 유니폴라 CCF(20)는 동일한 극성(도 1a에 정의됨)의 2개의 전기화학 반응 영역을 제공하는 반면, 각각의 모노폴라 CCF(21)는 단일 극성의 하나의 전기화학 반응 영역(도 1b에 정의됨)을 제공한다. 따라서, 도 2에 도시된 조립체는 총 4개의 전기활성 영역을 가지며, 이는 하나의 유니폴라 CCF와 두 개의 모노폴라 CCF로 구성된다.

음의 전기화학 반응 영역은 모노폴라 CCF(21)의 전기활성 구조(26)(음)의 표면과 분리기(28) 사이에 국부화되며, 모두 단부 개스킷(14)에 인접하여 도시된다. 양쪽 음의 전기화학 반응 영역 모두에 전기적으로 병렬로, 유니폴라 CCF(20)의 두 전기활성 구조(102)(양극)에 의해 정의된 바와 같이, 유니폴라 CCF(20)에 두 개의 양극 전기화학 반응 영역이 국부화된다.

각 전기화학 반응 영역 내의 생성물 순환을 위한 전도성 챔버("순환 챔버")(103)는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 대향 면 사이의 공간 또는 CCF(20. 21) 자체의 두께(“깊이”)에 의해 정의되고, 깊이는 도 3a에서 103A로 표시되어 있다. 조립체에서 생성물 순환을 위한 깊이를 만들기 위해 추가 부품이 필요하지 않으므로 이 유니폴라 필터 프레스 스택의 총 부품 개수를 줄일 수 있다. 순환 챔버(103)의 깊이(103A)는 바람직하게는 3/16인치, 바람직하게는 적어도 1/8인치이다. 다른 실시예에서, 깊이(103A)는 일(1) 인치 이상일 수 있다. 깊이(103A)를 선택하는 것은 순환 챔버(103)의 폭과 높이, 전류량 및 원하는 가스 공극률을 포함하는 여러 인자에 기초할 수 있다. 순환 챔버(103) 내의 액체 및 가스의 양은 순환 챔버(103)의 이용 가능한 체적에 기초하며, 이것은 차례로 깊이(103A)에 의해 영향을 받는다. 증가된 깊이(103A)는 전류용량 및 더 높은 전압 효율을 증가시킬 수 있다. 생성물 순환(103A)을 위한 이 깊이는 설계 공간의 기본 적용 및 제약에 의해 요구되는 바에 따라 변할 수 있으며, 현재 설명된 모든 CCF 실시예에 대해 제공되며, 그 이점은 나중에 설명된다.

이해를 쉽게 하기 위해, 도 2의 조립체는 총 3개의 CCF만을 포함하는 스택형 CCF 어레이를 보여주기 위해 단순화되었다; 중앙 CCF(20)는 유니폴라 구성이고, 단부 개스킷(14)(본 명세서에서 완전 면 밀봉 단부 개스킷(14)이라고도 함)에 인접한 CCF(21) 및 단부 클램핑 플레이트(12, 34)는 각각 모노폴라 구성이다. 3개는 전해조를 조립하는 데 필요한 CCF의 최소 개수이다. 전기화학 영역에 익숙한 사람들은 동일한 유니폴라 필터 프레스 스택 내의 추가적인 전기화학 반응 영역이 후술하는 바와 같이 본 발명에 열거된 구성요소의 적절한 조립에 의해 얻어질 수 있음을 이해할 것이다.

또한, 전기화학 영역에 익숙한 사람들은 도 2에 도시된 바와 같은 모노폴라 CCF(21)는 CCF(20)의 극성이 CCF(21)와 반대인 것을 제외하고 유니폴라 구성이고 본질적으로 CCF(20)와 동일하도록 양면에 부착된 전기활성 구조(26)를 가질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 그러한 유니폴라 CCF(21)는 도 2에 도시된 것보다 더 큰 조립체에 삽입될 수 있다.

전해조의 설계에 숙련된 자들은 도 2에 도시된 말단(또는 "가장 끝") 모노폴라 CCF(21)는 밀봉 단부 개스킷(14)에 인접하고, 따라서 모노폴라 CCF(21)을 유니폴라 CCF(21)로 전환시키는 부가적인 생성물 생성 전기활성 구조(26)를 필요로 하지 않음을 추가로 이해할 것이다. 이러한 이유로 전해조 설계에 숙련된 사람은 모노폴라 CCF는 스택의 최종 조립체에 인접한 가장 끝 위치에서 가장 실용적이고, 실질적으로 유니폴라 CCF만 종방향으로 제공되어 논의된 바와 같이 전기화학 셀당 표면적을 증가시키면서 조립체를 확장할 수 있음을 이해할 것이다.

이해를 쉽게 하기 위해, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)에서 종방향으로 더 많은 CCF를 통합하기 위해 사용되어야 하는 부품이 아래에 설명된다.

일 실시예에서, 유니폴라 CCF(21)는 도 2에 도시된 제2 모노폴라 CCF(21)로 대체될 수 있으며, 예를 들어 치환된 유니폴라 CCF(21)에 의해 제공되는 추가 전기활성 구조(26)를 갖는 하나의 추가 전기화학 반응 영역을 형성할 수 있다. 대응하는 비-제한적인 구성요소(도시된 마스킹 프레임(22, 24)를 보완하기 위한 대응하는 분리기(28) 및 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30))의 삽입과 함께 이 삽입에 이어, 그 후 포지티브 유니폴라 CCF(20)(2개의 전기활성 구조(102)가 제공됨)의 삽입, 이어서 상응하는 비-제한적인 구성요소(해당 분리기(28) 및 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30) 및 마스킹 프레임(22, 24)), 그런 다음 마지막으로 해당 마스킹 프레임(22, 24)과 함께 말단 모노폴라 CCF(21)의 삽입, 8개의 전기화학 활성 영역이 있는 유니폴라 필터 프레스 단일 전기화학 셀이 조립된다.

이 조립체를 더 확장하기 위해, 교번하는 유니폴라 CCF(21(음) 및 20(양)) 및 이들의 대응하는 비-제한적인 마스킹 프레임(22, 24), 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 10 또는 100의 삽입, 및 분리기(28)는 말단 모노폴라 CCF(21) 전에 스택 센터에 삽입될 수 있다. 단일 유니폴라 필터 프레스 스택 내의 전기화학 활성 영역(표면적)의 양은 각각의 CCF의 추가로 확장되며, 전반적으로 전기적으로 병렬로 구성된 필터 프레스 조립체 내에서 비례적으로 확장된 단일 유니폴라 셀을 제공한다. 유니폴라 CCF(21, 20), 대응하는 비-제한적인 마스킹 프레임(22, 24), 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30), 분리기(28) 및 단자 모노폴라 CCF(21)의 조립체는 전기화학 셀 조립체라고도 알려져 있다.

도 2에 도시된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)의 실시예는 전면 밀봉 단부 개스킷(14)에 인접한 2개의 강성 단부 클램핑 플레이트(12 및 34)를 추가로 도시한다. 전기화학 분야의 숙련자는 작동 시 누출이 방지되도록 도 2의 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)를 조립하고 밀봉하기 위해, 유압 프레스 또는 다른 클램핑 수단과 같은 압축 시스템이 필요하다는 것을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 압축 시스템은 단부 클램핑 플레이트(12 및 34) 사이의 모든 구성요소를 기계적으로 밀봉하는 전기화학 영역의 당업자에게 알려진 필터 프레스 클램핑 장치의 적용을 포함한다. 이 시스템에서 반응물을 입력하고 생성물을 수집하기 위해, 배출 및 공급 채널(단부 클램핑 플레이트(12)의 포트(49, 59) 및 플레이트(34)의 포트(48 및 57))은 단부 클램핑 플레이트(12 및 34)의 일부 외부 배관 요소에 부착된다. 전기화학 영역에 익숙한 사람들은 필터 프레스 클램핑 장치와 함께 사용하기 위해 도시된 단부 클램핑 플레이트(12 및 34)가 본 개시에서 비-제한적이라는 것을 이해할 것이다.

전기화학 분야의 숙련자는 특정 필터 프레스 스택 구성에서, 타이 로드를 사용하여 필터 프레스 스택 내의 다른 강성 지지 프레임 또는 다른 조립 부품과 강성 지지 프레임을 정렬할 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 상황에서, 타이 로드 홀은 도 3 내지 6 및 13에 도시된 임의의 CCF의 측면 암(51 또는 55) 중 하나 또는 둘 모두 내에 제공될 수 있다. 동일한 목적을 위해, 설계의 엔지니어링 요건에 의해 필요에 따라 도 8 내지 도 11 및 도 15에 도시된 CCF의 측부 암(51) 또는 중심축(332)에 타이 로드 홀이 선택적으로 제공될 수 있다.

본 개시 내용에서, 도 2 및 도 3a는 생성물 순환 챔버(103)의 양 단부에 대각선으로 배치된 구멍(52 및 80(및 54 및 78))을 특징으로 하는 CCF(20 및 21)를 도시한다. 전기화학 영역에 익숙한 사람들은 공급/방전 채널의 상대적 위치가 다를 수 있으므로 이것이 제한적인 특징이 아님을 이해할 것이다. 결과적으로, 단부 개스킷(14)과 같은 다른 비-제한적인 부분의 구멍은 CCF 내의 구멍의 위치에 따라 조정될 수 있다. CCF(20, 21)의 양단에 있는 2개의 일반적으로 인접한 구멍과 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)은 서로 정렬되고 전해조가 조립될 때 단부 개스킷(14)의 대응하는 구멍과 정렬된다.

도 3a를 참조하면, 구멍(54)은 측면 암(55) 및 측방향 크로스 부재(61)에 부착된 제1 내부 프레임 부재에 의해 정의된다. 인접한 구멍(52)은 제1 내부 프레임 부재의 일부와 강성 지지 프레임의 일부에 의해 정의된다. 마찬가지로, 구멍(58)은 측면 암(51) 및 측방향 크로스 부재(53)에 부착된 제2 내부 프레임 부재에 의해 정의된다. 인접한 구멍(80)은 제2 내부 프레임 부재의 일부와 강성 지지 프레임의 일부에 의해 정의된다.

현재 실시예에서, 내부 프레임 부재는 일반적으로 제1 및 제2 암 부분이 서로 결합된 L자형 부재이다. 구멍(54)을 부분적으로 정의하는 대체로 L자형인 제1 내부 프레임 부재에 대해, 제1 암 부분(63)은 측면 암(55)에 부착되고, 제2 암 부분(114)은 측방향 크로스 부재(61)에 부착된다. 유사하게, 구멍(78)을 부분적으로 정의하는 대체로 L자형인 제2 내부 프레임 부재에 대해, 제1 암 부분(104)은 측면 암(51)에 부착되고, 제2 암 부분(115)은 측면 암(55)에 부착된다. 아래에서 논의되는 CCF의 추가 실시예는 내부 프레임 부재로서 대체로 L자형 부재를 이용한다. 내부 프레임 부재는 대체로 L자형 부재로 제한되지 않으며 내부 프레임 부재는 CCF에서 구멍을 정의하는 임의의 수의 부재일 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.

앞서 언급한 바와 같이, 구멍(54)은 제1 내부 프레임 부재 및 측면 암(55)에 의해 정의되고, 구멍(78)은 제2 내부 프레임 부재에 의해 정의되고 제2 내부 프레임 부재 및 측면 암(51)에 의해 정의된다. 구멍(54, 78)이 생성물 순환 챔버(103)의 어느 한쪽 말단에 대각선으로 배치되는 것으로 제한되지 않는다는 것이 전기화학 영역에 익숙한 사람들에게 또한 일어날 것이다. 예를 들어, 구멍(54)은 제1 내부 프레임 부재 및 측면 암(51)에 의해 정의될 수 있고, 구멍(78)은 제2 내부 프레임 부재 및 동일한 측면 암(51)에 의해 정의될 수 있다. 이 실시예는 도 3h에 도시되어 있다. 대안적으로, 구멍(54, 78)은 각각의 내부 프레임 부재 및 측면 암(55)에 의해 정의될 수 있다.

구멍은 내부 프레임 부재 및 측면 암에 의해 정의되는 것으로 제한되지 않는다. 구멍은 내부 프레임 부재와 측방향 크로스 부재로 정의할 수 있다. 대안적으로, 구멍은 내부 프레임 부재, 측방향 크로스 부재 및 측면 암으로 정의될 수 있다. 내부 프레임 부재, 측면 암, 측방향 크로스 부재, 또는 CCF의 강성 지지 프레임의 임의의 다른 내부 마진의 상이한 조합에 의해 구멍이 정의될 수 있다는 것이 당업자에게 떠오를 것이다.

또한, 구멍(54 및 52)은 인접하는 것이 바람직하지만 분리될 수도 있다. 유사하게, 구멍(80, 78)은 인접하는 것이 바람직하지만 분리될 수도 있다. 인접한 구멍은 강성 지지 프레임 및 CCF의 모든 부재의 기계 가공 또는 구성에서 재료 및 노동력을 절약할 수 있게 한다. 인접한 구멍을 가짐으로써 구멍을 정의하기 위해 더 적은 수의 부재를 가공해야 한다. 부재는 구멍을 정의하기 위해 가공되는 것으로 제한되지 않으며 구멍을 정의하기 위해 레이저 절단 또는 플라즈마 절단될 수도 있다. CCF의 강성 지지 프레임과의 관계 및 구멍의 상이한 구성이 당업자에게 떠오를 것이다.

이전에 나타낸 바와 같이, 순환 챔버(103)는 깊이(103A) 및 강성 지지 프레임 또는 CCF(50)의 제1 및 제2 면에 의해 정의된다. 순환 챔버(103)는 제1 및 제2 내부 프레임 부재, 및 측면 암(51, 55)의 내부 에지에 의해 추가로 한정된다. CCF(50)의 실시예가 내부 프레임 부재로서 대체로 L자형 부재를 포함하는 경우, 순환 챔버(103)는 측면 암(51 및 55)의 내부 에지 및 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분(63 및 104)에 의해 정의된다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)의 기능적 배열의 이해를 돕기 위해, 그 부분들은 도 2에 분리되어 표시되어 있으며, 각각의 부분의 상대적 위치와 그 기능에 대한 간략한 설명이 제공된다.

이러한 모든 부분이 서로 분리되어 도시되어 있지만, 조립된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)에서 CCF(20)의 양쪽에 위치한 2개의 전기활성 구조(102)는 CCF(20)의 양쪽에 전기적으로 연결된다. 2개의 외부 CCF(21)에 인접한 전기활성 구조(26)는 유사하게 각각의 CCF에 연결된다. 전기활성 구조는 또한 제1 및 제2 내부 프레임 부재(또는 대체로 L자형 부재)와 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장될 수 있다.

논의된 바와 같이, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)는 2개의 바람직하게는 강성 단부 클램핑 플레이트(12 및 34)를 포함한다. 제1 및 제2 단부 개스킷(14) 각각은 개스킷의 대각선 모서리에서 이를 통해 연장되는 2개의 구멍을 갖는다. 제1 단부 개스킷(14)은 단부 클램핑 플레이트(12)와 제1 모노폴라 CCF(21) 사이에 "샌드위치"된다. 제2 단부 개스킷(14)은 단부 클램핑 플레이트(34)와 제2 모노폴라 CCF(21) 사이에 샌드위치된다. 이는 전기화학 다중 셀 조립체의 한 단부에 있는 제1 단부 개스킷(14) 및 단부 클램핑 플레이트(12), 및 전기화학 다중 셀 조립체의 다른 단부에 있는 제2 단부 개스킷(14) 및 단부 클램핑 플레이트(34)로 이어진다. 제1 단부 개스킷(14)의 구멍(구멍 110 및 111)은 단부 클램핑 플레이트(12)의 포트(포트 49 및 59)와 정렬된다. 유사하게, 제2 단부 개스킷(14)의 구멍(구멍(94, 109))은 단부 클램핑 플레이트(34)의 포트(포트(48, 57))와 정렬된다. 단부 개스킷(14)은 나중에 설명될 각각의 CCF(21)에서 생성물 및 반응물에 대한 경로를 정의하는 채널과 추가로 정렬된다.

생성물 및 반응물에 대한 경로 또는 흐름 통로(116, 117, 118, 119)는 아래에 설명된 바와 같이 설명될 때 더 잘 시각화된다.

도 2에서 오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 제1 흐름 통로(116)가 형성되고 단부 클램핑 플레이트(34)의 포트(48) 및 구멍(94, 98, 106, 52)을 통과하며, 여기서 수집되거나 공급되는 모든 유체는 일반적으로 양극성이다. 흐름 통로(116)가 통과하는 음극 CCF(21)의 마스킹은 마스킹 프레임(22)에 의해 제공된다.

유사하게, 도 2에서 오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 제2 단부 클램핑 플레이트(34)의 포트(57) 및 구멍(109, 101, 107 및 80)을 통과하는 제2 흐름 통로(117)가 형성되고, 여기서 수집되거나 공급되는 모든 유체는 일반적으로 양극성이다. 흐름 통로(117)가 통과하는 음극 CCF(21)의 마스킹은 마스킹 프레임(24)에 의해 제공된다.

도 2에서 왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 단부 클램핑 플레이트(12)의 포트(49) 및 구멍(110, 99, 90, 54, 90 및 99)을 통과하는 제3 흐름 통로(118)가 형성된다. 수집되거나 공급되는 모든 유체는 일반적으로 음극성이다. 흐름 통로(118)가 통과하는 양극 CCF(20)의 마스킹은 마스킹 프레임(22)에 의해 제공된다.

도 2에서 왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 제4 흐름 통로(119)는 단부 클램핑 플레이트(12)의 포트(59)와 구멍(111, 100, 108, 78, 108 및 100)을 통과하여 형성된다. 흐름 통로(119)가 통과하는 양극 CCF(20)의 마스킹은 마스킹 프레임(24)에 의해 제공된다. 단순화를 위해, 마스킹 프레임(22, 24)은 이후에 설명되는 미래의 실시예의 흐름 통로의 정의에 사용되지 않지만, 도면에 도시된 바와 같이 흐름 통로의 일부로서 제공된다.

흐름 통로(116, 117, 118, 119)를 정의하는 구멍의 높이(여기에 설명된 임의의 다른 전해조 실시예의 흐름 통로와 함께)는 기본 전기화학 프로세스 및 필터 프레스 스택의 적용에 의해 요구되는 대로 추가로 조정될 수 있다.

도 2에서 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면, 제1 CCF(21)가 전기활성 구조(26) 및 분리기(28)에 이어 제1 단부 개스킷(14)에 대해 위치된다. 마스킹 프레임(22 및 24)의 제1 세트는 CCF(21)의 채널 구멍(98 및 101) 내에 삽입되고, 채널 정의 개스킷 지지 피스(56)의 제1 세트는 마찰 끼워맞춤 개스킷 지지 피스를 수용하도록 구성된 예시적인 마찰 끼워맞춤 삽입 지점(56A)(도 3a에 도시됨)에서 마찰 끼워맞춤에 의해 삽입되어 제1 CCF(21)의 구멍(100 및 99)의 정의를 완성한다. 개스킷 지지 피스를 위한 삽입 지점(56A)은 비-제한적이며 개스킷 지지 피스에 의해 필요에 따라 대안적인 실시예에 제공될 수 있다. 개스킷 지지 피스(56)는 정의된 크기의 채널을 통해 제1 CCF(21)의 구멍(100 및 99) 내외로 생성물 및 반응물 통과를 제어하고, 시스템이 클램핑될 때 제1 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)에서 대응 구멍(90 및 108)의 구조적 일체성을 지지하여, 흐름 통로(118 및 119)가 강화되고 생성물 및 반응물이 대응하는 전달 채널 내에서 제어되도록 한다.

제1 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)은 CCF(21)의 우측면에 대해 위치되고, 이어서 CCF(20)의 좌측면에 제1 전기활성 구조(102)가 위치된다. CCF(20)의 우측면에 있는 제2 전기활성 구조(102), 제2 분리기(28), 및 제1 CCF(20)의 구멍(52 및 80)을 완성하기 위한 채널 정의 개스킷 지지 피스(56)의 제2 세트가 뒤따른다. 채널 정의 개스킷 지지 피스(56)의 제2 세트는 시스템이 클램핑될 때 제2 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)에서 대응하는 구멍(106, 107)의 구조적 일체성을 지지하여, 흐름 통로(116 및 117)가 강화되고 생성물 및 반응물이 대응하는 전달 채널 내에서 제어되도록 한다. 개스킷 지지 피스(56)는 정의된 크기의 채널을 제공함으로써 제2 CCF(20)의 구멍(52 및 80) 내외로 생성물 및 반응물 통과를 추가로 제어한다. 마스킹 프레임(22, 24)의 제2 세트는 CCF(20)의 대응하는 채널 정의 구멍(54, 78) 내에 삽입된다. 제2 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)은 CCF(20)의 우측면에 대해 위치된다.

제2 전기활성 구조(26)는 제2 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)과 제2 CCF(21)의 좌측면 사이에 위치된다. 제3 세트의 마스킹 프레임(22, 24)은 CCF(21)의 대응하는 채널 정의 구멍(98, 101) 내에 삽입되고, 제3 세트의 채널 정의 개스킷 지지 피스(56)는 제2 CCF(21)의 구멍(100, 99)을 완성하기 위해 삽입된다. 제3 세트의 채널 정의 개스킷 지지 피스는 시스템이 클램핑될 때 제2 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)에서 대응하는 구멍(90 및 108)의 구조적 일체성을 지지하여, 흐름 통로(118 및 119)가 강화되고, 생성물 및 반응물이 대응하는 전달 채널 내에서 제어되도록 한다. 개스킷 지지 피스(56)는 정의된 크기의 채널의 제공을 통해 제2 CCF(21)의 구멍(100 및 99) 안팎으로 생성물 및 반응물 통과를 추가로 제어한다. 제2 전면 단부 개스킷(14)은 제2 CCF(21)와 제2 단부 클램핑 플레이트(34) 사이에 샌드위치된다.

마스킹 프레임(22 및 24)의 기능은 이중 접힘이다: 전해조가 클램핑될 때 부하 분배를 위해, 그리고 한 극성의 전하를 띤 유체가 반대 극성의 금속 CCF와 접촉하는 것을 방지하기 위해, 4개의 흐름 통로(116, 117, 118 및 119) 내에서 바람직하지 않은 전기분해 반응을 방지하기 위해. 인접한 제1 및 제3 채널은 예를 들어 CCF(20)의 제3 구멍(54)에 배치된 마스킹 프레임(22)에 의해 전기적으로 절연된다. 유사하게, 인접한 제2 및 제4 채널 사이에 전기적 절연을 제공하기 위해, 마스킹 프레임(24)은 CCF(20)의 제4 구멍(78)에 배치된다.

밀봉 및 전기적으로 절연된 개스킷(30)의 목적은 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)의 내부 압력과 외부 대기압 사이에서 순환 챔버(103)의 주변부 및 4개의 인접한 구멍의 주변부를 밀봉하기 위한 수단을 제공하는 것이다. 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)은 또한 필터 프레스 스택 내에서 부하를 분배하는 데 필요하다. 다른 실시예에서, 상기 마스킹 프레임(22, 24)은 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 구멍 내에 배치되어, CCF 자체의 구멍에 배치되지 않고 해당 생성물 전달 통로와 정렬되도록 한다.

시스템이 클램핑되면 단부 개스킷(14)은 개스킷(30)과 마스킹 프레임(22, 24)을 밀봉하기 위해 스택 전체에 압력을 분배한다. 단부 개스킷(14)의 목적은 또한 내부 유체와 외부 대기 사이에 말단 밀봉을 제공하는 것이고, 그리고 필터 프레스 조립체의 일 단부에서 제1 CCF(21)와 제1 단부 클램핑 플레이트(12) 사이 및 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)의 타 단부에서 제2 CCF(21)와 제2 단부 클램핑 플레이트(34) 사이에 전기 절연을 제공하는 것이다. 단부 개스킷(14)의 목적은 또한 순환 챔버(103)의 주변부 및 CCF(21)의 채널 정의 구멍(98, 99, 100 및 101)을 강성 단부 클램핑 플레이트(12 및 34)의 내면에 대해 밀봉하기 위한 수단을 제공하는 것이다.

당업자는 도시된 바와 같은 개스킷 및 마스크가 비-제한적이며, 추가 마스킹이 재료 안정성, 엔지니어링 요건 및 부식으로부터의 보호를 돕기 위해 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 단부 개스킷(14) 및 개스킷(30) 및 마스킹 프레임(22, 24)은 엘라스토머, 불소 중합체 또는 열가소성 수지 또는 이들의 조합과 같은 전기 절연 재료로 제공되어야 한다. 특히 이들은 고성능 열가소성 엘라스토머(예를 들어, Santoprene™), EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 단량체) 고무, 폴리테트라플루오로에틸렌 화합물(예를 들어, Teflon™), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 합성 고무로부터 제공될 수 있다. 및 불소 중합체 엘라스토머 화합물(예를 들어, Viton® 고무)로부터 제공될 수 있다.

밀봉 및 전기적으로 절연된 개스킷(30)에 대해 더 자세히 설명하자면, 이러한 개스킷은 생성물 순환을 위한 셀에 대한 어떤 전류 전달 능력 또는 깊이도 제공하지 않는다. 예를 들어, 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 깊이에 대한 CCF(20 또는 21) 깊이(103A)의 비율은 1:1 정도로 낮은 것이 바람직할 수 있지만, 그러나 설계는 바람직하게는 CCF 깊이(103A)를 10:1(CCF 깊이는 개스킷 깊이의 10배임) 범위의 비율로 증가시키거나, 또는 전기화학 프로세스의 엔지니어링 요구 사항에 가장 적합한 이보다 큰 비율로 증가시킬 수 있다.

또한, CCF(저비용 금속 전도체)의 일부로서 생성물 순환을 위한 깊이를 달성하는 것은 특히 CCF의 금속이 절연 개스킷 재료보다 비용이 저렴한 경우 절연 개스킷 재료를 통해 깊이를 제공하는 것보다 경제적으로 바람직하다. 생성물 순환을 위한 공간을 생성할 목적으로 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 깊이를 증가시키는 것은 또한 기능적이지 않을 것이다; 생성된 순환 공간이 전기활성 구조(26 또는 102)와 분리기(28) 사이에 위치할 것이기 때문에 생성물 순환의 유체 역학을 부정적으로 방해할 것이다. 따라서, CCF 깊이(103A)와 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 깊이 사이의 큰 비율이 전술한 바와 같이 바람직하지만, 사용될 수 있는 다른 비율의 관점에서 비-제한적이다.

분리기(28)의 기능은 포지티브 및 네거티브 전기화학 반응 영역을 분할하여 현재 설명된 모든 유니폴라 필터 프레스 스택에서 양극액과 음극액을 분리하는 것이다. 분리기(28)는 또한 양극 전기활성 구조와 음극 전기활성 구조에서 생성된 가스가 혼합되는 것을 방지하거나 최소화하는 동시에 용액 내의 이온이 통과하는 것을 허용하는 장벽을 제공한다. 분리기(28)는 하부 전기화학 공정에 적합하도록 다이어프램형 또는 막형 분리기 재료로 제공될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 분리기(28)는 펠트, 다공성 폴리설폰, 폴리페닐 설파이드, 또는 다른 유형의 양이온 교환 또는 음이온 교환 막으로 제공될 수 있다.

단부 클램핑 플레이트(12 및 34)(또한 동등한 단부 클램핑 플레이트(312, 334, 412, 434) 및 다른 도면에 도시된 단부 클램핑 플레이트(512, 534))의 목적은, 외부 필터 프레스 클램핑 장치에 의해 구멍 주변을 밀봉하기 위해 단부 개스킷(14), 개스킷(30) 및 마스킹 프레임(22 및 24)에 필요한 밀봉 압력을 가하기 위한 강력하고 견고한 기계적 구조를 제공하는 것이다.

전기활성 구조(102)(양성, 전기분해의 경우 양극성)의 목적은 전도성 표면에서 전자 및 반응물이 전기화학적으로 반응하고 생성물이 전도성 표면에서 떠나도록 인터페이스를 제공하는 것이다. 전기활성 구조(26)(음성, 전기분해의 경우 음극성)의 목적은 전자와 반응물이 전도성 표면에서 전기화학적으로 반응하고 생성물이 전도성 표면에서 떠나도록 인터페이스를 제공하는 것이다.

분리기(28) 및 전기활성 구조(26 및 102)는 대략 동일한 크기 및 형상을 갖는다. CCF(20, 21), 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30) 및 단부 개스킷(14)은 거의 동일한 직사각형 치수를 갖는다. 조립될 때, 이러한 모든 구성 요소의 외부 주변 에지는 일반적으로 정렬된다. 전기활성 구조(26 및 102) 및 분리기(28)는 CCF(20 및 21), 단부 개스킷(14) 및 개스킷(30)보다 짧고, 따라서 전송 통로에 연결되는 CCF 구멍(52, 54, 80 및 78)을 침범하지 않는다.

전기 분해 기술 분야의 숙련자는 단부 개스킷(14) 및 단부 클램핑 플레이트(12 및 34)의 구멍의 원형이 비-제한적이고, 다양한 다른 일반적으로 직사각형, 난형 또는 다면체 형상의 구멍이 교대로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 현재 기술된 CCF의 구멍은 도면에서 직사각형으로 도시되어 있지만, 전기분해 기술의 숙련자는 이들이 정사각형, 타원형, 타원형 또는 다른 다각형과 같은 다른 형태로 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 구멍은 날카로운 틈새에서 부식을 일으키거나 가스 생성물의 처리량을 낮출 수 있는 정체된 흐름 영역을 생성하는 것을 피하기 위해 실질적으로 둥근 모서리를 가질 수 있다.

외부로 연장되는 전기 전도성 탭(64)(도 3a)의 목적은, 전기 연결이 이루어지거나 또는 전기 전력 도체가 인접한 유니폴라 필터 프레스 스택에, 전원 공급 장치/소스(전력 조절 장비), 또는 전기활성 구조(26 및 102)로 또는 전기활성 구조로부터의 전류 흐름을 허용하는 직류 전기 공급 또는 생성의 임의의 다른 소스에 부착될 수 있는 필터 프레스의 위치의 일 실시예를 제공하는 것이다. CCF(50)의 측면 암(55)(도 3a)은 대향하는 측면 암(51)보다 측방향으로 더 두껍고, 일 실시예에서 하나 이상의 외부로 연장되는 전기 전도성 탭(64)을 포함한다. 다른 실시예에서, 전기 전도성 탭(64) 대신에, 외부 버스 바 클램프 또는 다른 형태의 전기 연결이 측면 암(55)과의 전기 연결을 형성하기 위해 적용될 수 있도록 홀 또는 다른 특징이 제공될 수 있다. 외부 전기 연결 메커니즘을 호스트하기 위해 홀이 존재하는 실시예에서, 홀은 측면 암(51 또는 55) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.

전기 전도성 탭(64)은 바람직하게는 등거리로 이격되고, CCF 깊이에 대략 비례하는 폭을 갖는다. 전기 전도성 탭(64)은 전류를 전체 CCF에 걸쳐 선형으로 가져오고, CCF와 외부 전원 공급 장치에 연결된 버스바(전기 연결의 한 유형) 사이에 충분한 전기 접촉을 제공한다. 전기 전도성 탭(64)의 치수는 본 개시에서 제한되지 않는다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)의 경우, 필터 프레스 스택의 한 측면에 있는 전기 전도성 탭(64)과 전원(일반적으로 DC 전류)의 한 극성을 연결함으로써 전기 연결이 이루어진다. 필터 프레스 스택의 다른 면에 있는 전기 전도성 탭(64)은 전원 공급 장치의 반대 극성에 부착된다. 전기 전도성 탭(64)에 제공되는 전원 극성은 전체 시스템의 극성을 정의한다(즉, 도 2에 표시된 양수 및 음수 기호). 바람직한 실시예에서, 전기 연결을 위한 전기 전도성 탭(64)에는 하나 이상의 표면에 톱니 형상(64A)이 제공되어 CCF와 전원/소스에 연결된 부착 가능한 전력 도체 사이의 전기 연결을 개선한다.

2개의 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)를 연결하는 전기분해 시스템을 생성하기 위해, 제2 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)는 이들의 전기 전도성 탭(64)이 대략 서로 마주보도록 정렬되고 두 세트의 탭 사이에 전기 연결이 이루어지는 방식으로 제1 장치에 인접하게 위치될 것이다. 두 세트의 전기 전도성 탭(64) 사이의 전기 연결은 전도성 버스 바 및 전도성 와이어를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방법을 통해 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 유니폴라 필터 프레스는 서로 직렬로 연결되어 함께 두 개의 필터 프레스 스택의 전기 분해 시스템을 생성한다. 추가적인 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)는 시스템을 측면으로 확장하기 위해 이러한 방식으로 계속해서 추가될 수 있다.

다음 단락은 CCF에 기반한 유니폴라 필터 프레스 전해조에서 반응물 및 생성물 순환을 위한 조항에 관한 것이다. 특히 도 2에 도시된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)가 참조된다. 그러나, 본 명세서에 기술된 반응물 및 생성물 순환에 대한 규정은 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치의 실시예(도 7(310), 도 12(410) 및 도 14(510)) 및 이들의 대응하는 반응물 및 생성물 포트에 나중에 설명되는 바와 같이 동등하게 적용될 수 있다. 방법은 임의의 다른 CCF 기반 전해조 실시예에 더 적용될 수 있다. 아래 논의는 이해의 편의를 위해 알칼리성 물 전기분해의 예를 사용하여 수행되지만, 아래 논의된 순환에 대한 규정은 염소 전기분해를 위한 유니폴라 필터 프레스 또는 CCF의 유니폴라 필터 프레스가 사용되는 임의의 다른 공정에 적용될 수 있다.하나의 구성에서, 알칼리성 물 전기분해에서, 필터 프레스의 바람직한 배향은 전기분해로 생성된 수소 및 산소 가스가 순환 챔버(103) 내에서 수직으로 상승할 수 있도록 하는 높은 수직 배향 CCF를 갖는다. 양극으로 분극된 CCF의 전기활성 구조(도 2에서 102로 표시됨)에서 생성된 산소는 상승하여 CCF 구조 내에서(그리고 동일한 양극 전위의 두 전기활성 표면 사이에서) 양극액과 산소 가스 혼합물의 가스 부양 순환을 유발한다. 양극액 및 산소 가스 생성물은 CCF 전기활성 영역을 벗어나 개스킷 지지 피스(56)에 의해 정의된 경로를 통해 관련 생성물 제거 채널로 이동한 다음 제1 흐름 통로(116)를 통해, 단부 클램핑 플레이트(34)에서 가스 액체 분리 및 흐름 통로(117)로 전해질 재순환이 일어날 수 있는 위치로 이동할 것이다.

음극으로 분극된 전기활성 구조(26)는 수소 가스를 생성할 것이다. 수소 가스는 음극액과 수소 혼합물을 개스킷 지지 피스(56)에 의해 정의된 CCF(21)의 관통 경로를 통해 위로 이동시킨 다음, 제3 흐름 통로(118)를 통해, 단부 클램핑 플레이트(12)에서 가스 액체 분리 및 흐름 통로(119)로 전해질 재순환이 이루어지는 위치로 이동시키는 리프팅 수단을 제공할 것이다.

내부 가스/액체 순환이 단부 클램핑 플레이트(12 및 34) 사이에 제공되는 것이 바람직한 실시예에서, 전기활성 구조가 없는 2개의 추가 CCF가 스택의 임의의 지점에서 사용될 수 있다: 하나는 해당 음극액 출력/입력 통로를 연결하고, 다른 하나는 해당 양극액 출력/입력 통로를 연결한다. 이러한 추가 프레임을 "하향 순환 프레임"이라고 하는데, 반응된 전해질을 출력에서 입력 생성물 전달 통로까지 스택 내에서 아래쪽으로 순환시키기 때문이다.

예를 들어, 모두 필터 프레스를 빠져나가지는 않고, 중력에 의해 음극 입력 흐름 통로(119)로 떨어지도록, 음극 출력 흐름 통로(118)로부터 음극액을 연결하기 위해 음극 하향 순환 프레임이 (적절한 밀봉 및 절연을 허용하기 위해 요구되는 비-제한적인 개스킷 및 마스크 부품 외에) 도 2에 적용될 수 있다. 캐소드 가스는 가스 생성물이 단부 클램핑 플레이트(12)를 통과하고 필터 프레스를 빠져나가기 전에 흐름 통로(118)에서 음극액 액체로부터 분리될 것이다. 음극 하향 순환 프레임 외에, 양극 출력 흐름 통로(116)를 양극 유입 흐름 통로(117)에 동등하게 연결하기 위해 동등한 양극 하향 순환 프레임이 추가로 요구될 것이다.

하향 순환 프레임으로서 전기활성 구조가 없는 CCF를 사용하는 대신에, 하향 순환을 위한 동등한 제공을 허용하는 임의의 다른 부분이 하향 순환 프레임으로서 사용될 수 있다. 방출 및 공급 채널은 적절한 등가 생성물/반응물 공급/제거 포트가 내부에 삽입된 상태로 필터 프레스 스택 내의 다른 위치에 추가로 제공될 수 있다.

당업자는 전체 전해질이 최소 차등 전해질 농도 구배를 갖도록 보장하기 위해 공급수, 냉각수 추가, 외부 포집 장치로부터 전해질 반환, 가스 액체 분리를 위한 준비, 양극액과 음극액의 혼합 구역 생성 방법을 이해할 것이다. 이러한 비-제한적인 방법은 내부 또는 외부 순환을 제공하기 위해 적용될 수 있다.

당업자는 필터 프레스의 기계적 용량 내에서 상승된 절대 압력을 유지하는 방법, 뿐만 아니라 순환 시스템에서 음극액 및 양극액의 수준 및 순환 시스템에서 차압을 제어하는 방법을 추가로 이해할 것이다.

타겟 애플리케이션에 대한 필터 프레스 효율의 최적화에서 CCF의 특히 유용한 특징에 대한 추가 정보를 제공하기 위해, 일부 추가 세부 사항이 제공된다. 요약하면, 현재 설명된 모든 CCF 실시예의 CCF 폭(후술하는 부재(53, 61, 345)로 표시됨), 높이(측면 암(51, 55)으로 표시됨) 및 깊이(103A)(순환 챔버(103)에 제공됨)는 선택적으로 조작될 수 있는 파라미터이므로, 주어진 CCF 실시예가 그것의 적용의 공학적 목표에 적합하도록 맞춤화된다. 특히, 폭, 높이 및 깊이 파라미터는 주어진 비용 목표, 전기활성 표면적 목표(생성물 생성 공간용), 가압 목표, 및/또는 전체 효율 목표를 충족하도록 조정될 수 있다. 기술적으로 부과된 제약이나 상당한 증분 비용 없이 이러한 파라미터를 애플리케이션의 목표에 맞출 수 있는 능력은 유니폴라 필터 프레스 전기화학 셀을 만드는 데 적용되는 CCF 설계의 핵심 이점이다.

예를 들어, 압력 특성은 각각 스트럿(69 또는 58)로 정의되고 나중에 논의되는 설계에서 스트럿의 양을 맞춤화함으로써 도 4a 및 도 6a의 실시예에 의해 가장 최적화된다. 스트럿(69, 58)의 목적 중 하나는 CCF에 기계적 보강 강도를 제공하는 것이다. 고정 CCF 높이에 대한 스트럿 개수가 많을수록, 선호하는 직사각형 기하학적 구조를 유지하면서, 높은 압력에서 CCF가 작동할 수 있는 능력이 커진다. 또한, CCF의 높이는 목표 압력에서 CCF의 기계적 무결성을 계속 지원하는 데 필요한 추가 스트럿을 제공하여 선호하는 직사각형 기하학적 구조를 유지하면서 지속적으로 증가할 수 있다. CCF에 있는 스트럿(69 또는 58)의 존재는 측면 암(51 및 55)의 측방향 폭을 최소화하는 동시에(기계적 지지를 위해 더 큰 폭이 필요함), 여전히 대기압 이상으로 가압할 수 있는 "견고한" 설계를 달성한다.

기계적 강도를 향상시키는 전도성 스트럿 외에, 프레임 자체의 전기 전도성 재료로 만들어지기 때문에, 이러한 스트럿은 또한 직접 연결을 통해 전기활성 표면으로의 전류 전도를 향상시킨다. 도 5a의 바람직한 실시예에서, 전도 스트럿 대신에 전도 창(76)이 제공되며, 이는 나중에 설명될 것이다. 창(76)은 직접 연결을 통해 CCF의 전기 전도도를 향상시키는 대체 방법을 제공한다. 창(76)은 측면 암(55 또는 51) 중 하나로부터 연장되고 다른 측면 암(55 또는 51)으로부터 미리 선택된 거리에서 끝나는 중간 측방향 크로스 부재를 정의한다. 도 5a의 실시예에서, 창(76)은 측면 암(55)과 전기 접촉하지만, 측면 암(51)과 접촉하지 않고, 측면 암(51)으로부터 미리 선택된 거리에서 종료된다.

이것은 창(76)이 측면 암(55)을 통해 전원으로부터 전력을 받을 수 있게 한다. 그러나 창(76)은 도 4a 및 도 6a의 바람직한 실시예의 스트럿이 하는 것처럼 가압을 위한 CCF의 기계적 완전성을 강화하는 데 기여하지 않는다.

전체적으로, 임의의 추가적인 전도성 특징(즉, 설명된 창 또는 스트럿)의 제공을 통한 CCF 전도성의 개선은 유니폴라 필터 프레스 장치의 전체 효율을 개선하는 데 기여한다.

주어진 CCF 적용을 위해 전류 전도를 추가로 최적화하기 위해 전도성 특징부의 높이, 폭 및 깊이가 정밀하게 적응될 수 있다는 것이 특히 중요하다. 예를 들어, 특징부의 고정된 높이와 폭을 유지하면서 전도성 스트럿(69, 58) 또는 창(76)(CCF 깊이를 증가시킴으로써 달성됨)의 깊이를 증가시킴으로써, 특징부의 단면적이 증가한다. 전도 특징부의 증가된 단면적은 결과적으로 전기활성 구조에 대한 전류 전도를 향상시킨다. 높이나 폭을 늘려 전도 특징부의 단면적을 늘릴 수 있지만, 그러나 생성물 생성을 위해 사용 가능한 전기활성 표면적에서 공간을 빼는 효율성과 비용 절충이 따른다(즉, 전기활성 구조의 전체 면적 - 전도 특징부를 통해 직접 접촉하는 표면적 = 생성물 생성을 위해 실제적으로 사용 가능한 표면적). 전도를 개선하기 위해 CCF 깊이를 증가시킴으로써, 전도 특징부의 높이와 폭을 늘리는 대신에, 생성물 생성을 위한 초과 실제 표면적을 빼지 않고도 전도를 개선할 수 있다.

CCF 내의 추가적인 전도성 특징부의 존재는 추가 전도성 특징부가 없는 CCF 실시예와 비교하여 더 얇은 전기활성 구조의 사용을 가능하게 한다. 더 얇은(결과적으로 비용이 적게 드는) 전기활성 구조의 사용은 추가된 전도성 특징부가 전기활성 구조를 통해 CCF를 가로질러 전도하는 측면 전류의 일부를 지원하기 때문에 가능하다. 추가 전도성 특징부가 측면 전류 전도를 지원하기 때문에, 측방향 크로스 부재(53, 61)의 길이가 증가하도록 설계된 것으로 도시된 것보다 측방향으로 더 넓은 CCF를 추가로 허용한다. 넓어진 CCF에 적용되는 전기활성 구조가 비례적으로 넓기 때문에, CCF의 실질적인 생성물 생성 표면적을 증가시키기 위해 측방향으로 더 넓은 CCF 설계를 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 추가적인 전도성 특징부를 갖는 CCF는 측방향 폭이 유리하게 변경되어 낮은 증분 비용으로 큰 표면적 목표를 달성할 수 있다. CCF의 수직 높이를 조정함으로써 전기활성 표면적의 맞춤화를 추가로 제공할 수 있다. 실질적으로 직사각형인 CCF 설계는 수직 높이 확장으로 플랜트 영역을 효율적으로 사용할 수 있다. 바람직하게는, CCF의 직사각형 기하학적 구조는 2:1 내지 6:1 범위의 높이 대 폭 비율을 포함하지만, 이러한 특징은 비-제한적이며 장치 적용을 위한 엔지니어링 요구 사항에 가장 적합하도록 조정될 수 있다.

마지막으로, 전해질 체적, 가스 및 액체 속도의 변화뿐만 아니라, 본 개시 내용에 제시된 임의의 CCF 실시예의 순환 챔버(103) 내의 전해질 가스의 공극률도 CCF의 깊이를 조정함으로써 부분적으로 제어될 수 있다.

도 3a 내지 도 3d를 참조하여, 도 2의 바람직한 CCF(20) 및 CCF(21) 실시예가 더 상세히 설명될 것이다. CCF(20) 및 CCF(21)는 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(10)에서의 위치에 따라 극성이 다르다는 사실을 제외하고 본질적으로 동일하다. 이들은 기계적으로 다르지 않다. CCF 극성 및 부식 과정에 따라, 이들은 서로 물리적으로 다를 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 양극으로 분극된 CCF는 음극으로 분극된 CCF와 비교할 때 니켈 도금과 같은 표면 처리 또는 치수 안정성 재료가 필요할 수 있다.

각각의 CCF(20 및 21)는 2개의 측면 암(51 및 55) 및 2개의 측방향 크로스 부재(53)를 갖는 원피스 일체형으로 형성된 강성 지지 프레임인 CCF(50)를 포함한다. CCF(50)는 CCF(20) 및 CCF(21)(유니폴라 배열로 배치된 전기활성 구조(102)에 전류를 전달하는 것을 포함)의 의도된 적용에 적합한 전기 전도성 재료로 제조되고, 탄소강, 니켈 도금 강, 티타늄, 니켈, 탄소 및 합금으로 만들 수 있다. 이들은 CCF(20) 및 CCF(21)가 배치되는 환경의 부식 효과에 저항하는 당업자에게 공지된 코팅이 제공될 수도 있다. CCF(20 및 CCF(21)가 배치될 수 있는 비-제한적인 예시 환경은 염화나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 염소, 수소, 산소, 차아염소산나트륨, 염소산나트륨 및 황산을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 논의된 모든 CCF 실시예는 위에 나열된 동일한 그룹의 재료로부터 제공될 수 있다.

CCF(50) 및 다른 변형은 특히 부식의 영향을 최소화하도록 설계되었다. 부식이 발생할 수 있는 틈새 및 정체된 부분은 설계 시 가능한 한 피한다. 이것 및 현재 개시된 모든 CCF 실시예에서, 측면 암(51, 55)의 내부 표면 또는 마진을 따라 리세스된 노치(66, 67)의 존재는 인접한 구멍(52 또는 80)의 측방향 폭을 정의하면서 결과적으로 상기 구멍(52 또는 80)을 통과하는 생성물 전달 통로의 측방향 폭을 정의하면서 순환 챔버(103)의 수직 길이를 최대화하기 위한 선택적인 유익한 제공이다. 예를 들어, 도 2의 흐름 통로(116 및 118)에 제공된 측방향 폭은 구멍(52)으로의 노치(66)의 측방향 폭에 의해 영향을 받을 것이고, 도 2의 흐름 통로(117 및 119)에 제공된 측방향 폭은 구멍(80)으로의 노치(67)의 측방향 폭에 의해 영향을 받을 것이다. 일 실시예에서, 노치(66, 67)는 마스킹 프레임(22, 24)이 적용된 후에 인접한 구멍(52, 54 및 78, 80)에 유사한 단면적을 제공하면서, 순환 챔버(103)에서 이용 가능한 체적을 최대화하도록 크기가 정해진다. 다른 실시예에서, 리세스된 노치(66 및 67)는 순환 챔버(103)에 인접한 제1 및 제2 측면 암의 마진을 따라 리세스되어, 마스킹 프레임(22 및 24) 또는 전기활성 구조(26 또는 102)가 순환 챔버(103) 내에 부분적으로 위치될 수 있게 한다.

현재 개시된 모든 CCF는 다양한 방법을 통해 제조될 수 있는 하나의 통합 부품으로 제공된다. 이러한 제조 방법은 비-제한적이며 다음 중 하나 또는 조합을 포함할 수 있다: 레이저 절단, 플라즈마 절단, 워터 제트 절단, 가공, 모래 또는 인베스트먼트 주조 또는 다른 적용 가능한 제조 기술.

실시예에서, 현재 설명된 임의의 단일 CCF에는 암 부분(115)(또는 음극액 및 양극액 입력 통로를 연결하는 이중 CCF의 경우 동등하게 암 부분(360 및 315))에 추가 채널이 제공될 수 있어, 양극액 및 음극액 혼합이 순환 챔버(103)로 공급되는 관련 전달 통로 사이에서 발생할 수 있도록 하여, 전해질 내의 농도 구배를 유리하게 조정한다. 암 부분(115)(또는 음극액/양극액 입력 통로를 경계 짓는 등가 스트럿)에 필터 프레스에 입력 시 양극액 및 음극액 혼합을 위한 구멍이 삽입되는 실시예에서("혼합 구멍"), 채널이 있는 추가 개스킷 지지 피스(56)가 혼합 구멍의 경계 내에 맞도록 제공될 수 있다. 나중에 설명되는 바와 같이, 이러한 개스킷 지지부는 혼합 구멍에 마찰 끼워맞춤되도록 제공될 수 있거나, 또는 대안적인 실시예에서 개스킷 지지부는 혼합을 허용하기 위해 제공되는 추가적인 관통 채널과 함께 CCF와 일체로 제공될 수 있다.

도 3b는 부착된 전기활성 구조(26 또는 102와 동일)를 갖는 바람직한 실시예 CCF(50)를 도시한다. 도 3c는 다양한 예시적인 전기활성 구조(40, 41, 42, 43, 44 및 45)를 나타내며, 이들 중 임의의 것은 도 2에 제공된 전기활성 구조(102 또는 26)에 대해 동등하게 대체될 수 있다. 도 3c에 표시된 구조는 단일 금속 또는 합금 또는 코팅된 금속 또는 합금과 같은 모든 고체 전도체로 구성될 수 있으며, 다음을 포함한다: 전기활성 구조(40)로서의 원형 천공의 평면 시트, 연속 슬롯의 천공된 시트인 전기활성 구조(41), 반복된 슬롯의 천공된 시트인 전기활성 구조(42), 육각형 천공 시트로 되어 있는 전기활성 구조(43), 확장된 금속 시트인 전기활성 구조(44), 및 직물 메시인 전기활성 구조(45). 전기분해 분야의 당업자는 사용된 전극 표면 구조가 비-제한적이라는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 다른 형상의 천공 시트 또는 금속 울이 전기활성 구조로 사용될 수도 있다. 도 3c에 표시된 구조 중 일부는 시각화를 단순화하기 위해 약간의 공백으로 표시되지만 모든 구조는 연속적이다.

현재 설명된 모든 전기활성 구조는 명백히 천공되거나 또는 내부에 형성된 구멍을 갖거나 또는 그렇지 않으면 도 2에 도시된 바와 같이 분리기(28)와 순환 챔버(103) 사이에서 생성물 또는 반응물의 수송을 허용하도록 "개방 가공"된다.

도 2의 전기활성 구조(26, 102) 및 도 3b의 전기활성 구조(44)에 대해 도시된 다이아몬드 형상의 구멍, 및 도 3c의 전기활성 구조(40, 41, 42, 43, 44 및 45)에 대해 도시된 추가 구멍 설계는 예시의 목적으로만 사용된다; 이러한 구멍은 사용 시 전기화학 시스템의 적절한 작동에 적합한 임의의 구성일 수 있다.

임의의 전기활성 구조(40 내지 45)가 본 개시내용의 임의의 실시예에서 사용될 수 있지만, 전기활성 구조(40 내지 45)의 두껍고 기계적으로 견고한 실시예는 추가 강성과 전도 기능을 제공하기 위해, 도 4a 내지 도 6a에 도시된 바와 같은 전기 전도 및 기계적 지지를 위한 추가 특징을 갖지 않는 도 3a 및 도 3b의 CCF(50)와 같은 CCF 실시예와 함께 바람직하다. 추가적인 전도성 및 구조적 특징을 소유하는 CCF 실시예에는 비교적 낮은 전기 전도성의 더 얇은 전기활성 구조가 제공될 수 있다.

전기활성 구조는 다양한 제조 방법을 통해 부착될 수 있다. 이러한 제조 방법은 비-제한적이며, 프레스 피팅, 스폿 용접, 열 용접, 초음파 용접, 전자 빔 용접, 레이저 빔 용접, 텅스텐 불활성 가스 용접 또는 다른 적용 가능한 기술 중 하나 또는 조합을 포함할 수 있다.

일반적으로, CCF에 전기활성 구조를 부착하기 위해, 특히 프레임의 측면에서 순환 챔버(103)를 둘러싸는 평면 표면의 일부 또는 전부에서 용접이 수행될 것이다. 측방향 스트럿 또는 전도성 구조를 갖는 나중에 설명되는 실시예(도 4b, 도 5b, 도 6b)에서 측방향 스트럿 또는 전도성 구조에 용접이 추가로 제공될 수 있다. 일반적으로 모든 경우에 전기활성 구조는 부착된 CCF의 외부 표면과 실질적으로 같은 높이이다.

금속 울이 전기활성 구조로 사용되는 경우, 프레스 피팅 제조 방법이 CCF에 부착하는 바람직한 방법이 될 것이다. 프레스 핏에서는, 몇 개의 (또는 없음) 고유한 전용 위치에서만 부착이 필요할 수 있으므로, 조립에 필요한 정밀도 및 총 조립 비용이 줄어든다. 측방향 스트럿 또는 전도성 구조(후술하는 도 4b, 도 5b 및 도 6b와 같은)를 갖는 CCF를 사용하는 "프레스-핏" 실시예에서, 용접이 필요하지 않을 것이다. 프레스-핏의 일 실시예에서, 후술하는 도 4 및 도 6의 전도성 스트럿(69, 58)은 다음 CCF에서 대향하는 스트럿에 대해 압착되어, 전기적 접촉을 향상시키기 위해 기계적으로 스크린에 대한 추가적인 지지를 제공한다.

CCF(20)에서 사용될 때 CCF(50)는 도 2 및 도 3a에 도시된 채널 정의 개스킷 지지 피스(56)를 통해 채널 정의 구멍(52 및 80)에 유압식으로 연결되는 순환 챔버(103)를 정의하도록 구성된다. CCF(21)에서 사용될 때 CCF(50)는 구체적으로 설명되지 않았지만 제공된 삽입 지점(56A)에서 도 2의 CCF(20) 또는 도 3a의 CCF(50)에 결합된 개스킷 지지 피스(56)와 동일한 채널 정의 개스킷 지지 피스(56)를 통해 채널 정의 구멍(99 및 100)에 유압식으로 연결된 순환 챔버(103)를 정의하도록 구성된다. 개스킷 지지 피스(56)은 비-제한적이며, 도 3d에 도시된 바와 같이 임의의 개스킷 지지 피스(120, 121 또는 122) 또는 다음과 같은 동등한 목적을 제공하는 임의의 대안적인 개스킷 지지 피스에 대해 상호 교환 가능하게 대체될 수 있다: CCF(21)의 구멍(99 및 100)을 통한 생성물 및 반응물 통과 제어, CCF(20)의 구멍(52, 80)을 통한 생성물 및 반응물 통과 제어, 제1 및 제2 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30) 기계적 지지, 궁극적으로 흐름 통로(116, 117, 118, 119)의 완전성을 기계적지지. 개스킷 지지 피스(56)는 또한 CCF(50)로부터 분리 가능하게 분리될 수 있거나, 또는 CCF(50)의 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다.

개스킷 지지 피스(56)는 도면에 설명된 임의의 CCF 실시예와 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 개스킷 지지 피스(56)(또는 120, 121, 122)는 바람직하게는 금속 재료로 만들어지며, 탄소강, 니켈 도금강, 티타늄, 니켈, 탄소, 및 CCF(20) 및 CCF(21)이 배치되는 환경의 부식 효과에 저항하는 당업자에게 공지된 기재 상의 코팅 또는 합금으로 제조될 수 있다. 개스킷 지지 피스(56)는 대안적으로 폴리머, 세라믹 재료, 또는 동등한 목적을 충족하는 금속, 폴리머 및 세라믹 재료의 조합으로 제공될 수 있다.

개스킷 지지 피스(56)는 전해질, 생성물 및 반응물이 순환 챔버(103)로 통과하도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 가질 수 있다. 개스킷 지지 피스(122)는 순환 챔버(103)로부터 상부 통로까지의 액체 흐름을 위해 부재를 통해 복수의 홀이 천공된 실시예를 도시한다. 개스킷 지지 피스(121)는 파형 구조로 제작되는 반면, 개스킷 지지 피스(120)는 복수의 홀이 아닌 2개의 슬롯이 내부에 위치한다.

일 실시예에서, 개스킷 지지 피스(56)는 도 3f 및 도 3g의 56B에 도시된 바와 같이 CCF 자체와 동일한 일체형 부품으로부터 제공될 수 있다; 개스킷 지지 피스(56)가 도 2의 조립체에 도시된 곳에 후술하는 크로스 스트럿(58)과 유사한 관통 채널을 갖는 삽입 가능한 전기 전도성 스트럿이 수용되도록 한다. 다른 실시예에서, 내부에 내장된 채널을 포함하는 제거 불가능한 개스킷 지지 피스가, 개스킷 지지 피스(56)가 도시된 임의의 위치에서 CCF 자체의 일부로서 제공될 수 있다. 제거 가능한 또는 제거 불가능한 개스킷 지지 피스(56)의 선택은 제조 비용에 의존하고, 개스킷 지지 피스 실시예는 현재 설명된 임의의 단일 CCF 또는 이중 CCF 실시예에 적용될 수 있다. 도 3f 및 도 3g에서, 개스킷 지지 피스(56)는 CCF와 일체로 된 고체 부재로서 개념적으로 도시되어 있지만, 개스킷 지지 피스는 참조 번호 56B, 56C, 56D, 56E, 56F 및 56G 중 하나로 표시된 유형일 수 있고, 상기에 나타낸 바와 같이 전해질, 생성물 및 반응물이 순환 챔버(103)로 통과하도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

구체적으로 가스와 액체가 순환 챔버(103)와 흐름 통로(예를 들어, 116-119) 사이를 제어된 방식으로 통과할 수 있도록, 생성물 및 반응물이 작동 중에 통과할 수 있도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 갖는 일체로 제공된 제거 불가능한 개스킷 지지 피스의 대안적인 실시예가 도 3f 및 도 3g에 도시되어 있다. 개스킷 지지부(56B)는 채널이 내부에 제공되도록 절삭 가공에 의해 형성되며, 또한 다른 일체형 개스킷 지지부와 마찬가지로 56B는 대향하는 L자형 부재와 CCF 측면 암 사이에 일체로 제공될 수 있다. 56C의 개스킷 지지부 실시예에는 구멍의 치수에 기초하여 가스/액체 흐름을 제어하기 위한 하나의 관통 채널 구멍이 제공된다. 실시예 56D에서, 개스킷 지지부 및 2개의 인접한 구멍은 CCF의 상부 측방향 크로스 부재(61)의 통합 부분을 연장함으로써 생성되고, 따라서 그 아래에 있는 하나의 구멍을 두 개로 나누고, 일반적인 "T자형"에 의해 인접한 개스킷을 지지한다. 개스킷 지지부 실시예 56E 및 56F에서, 2개 이상의 관통 채널이 "네거티브 T자형 구멍"을 통해 일체형 수평 크로스 부재에 제공된다. 이러한 구성에서, 수평 크로스 부재 개스킷 지지부는 "네거티브 T자형"의 일부가 액체 및 가스가 인접한 구멍(52)로 흐르도록 허용하도록 연장된 수직 치수로 제공된다. 일체형 수평 크로스 부재는 계속해서 인접한 개스킷을 지지한다. 개스킷 지지부 실시예(56G)에서, 수평 크로스 부재 개스킷 지지부는 복수의 핑거와 복수의 핑거 사이의 일련의 채널에 연결되어, 액체와 가스가 인접한 구멍(52)으로 흐르도록 하는 빗살 형상의 배열을 생성한다.

전기 분해 기술 분야의 숙련자는 CCF의 반대 단부들에 적용된 개스킷 지지 피스가 크기나 구가 다를 수 있음을 이해할 것이다.

다른 실시예에서, 반응된 전해질 및 가스 출력이 전기분해에서 발생하는 도 3d에 도시된 바와 같이 구멍(52 및 54) 사이에 단 하나의 개스킷 지지 피스(56)가 제공된다. 구멍(78, 80) 사이의 대향 단부들에 있는 개스킷 지지 피스는 순환 챔버(103)로의 액체 반응물 진입의 제어가 모든 경우에 개스킷 지지 피스에 의한 조절을 필요로 하지 않을 수 있기 때문에 이 실시예에서 선택적이다. 대안적으로, 구멍(78, 80) 사이의 반대 단부들에 있는 제2 개스킷 지지 피스(56)는 CCF(50)로부터 해제 가능하게 분리될 수 있거나, 또는 CCF(50)의 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다. 동등하게, 나중에 설명되는 이중 CCF 실시예에서, 순환 챔버(103)로의 액체 진입이 발생하는 개스킷 지지 피스이 선택적이도록, 가스 생성물 출력 및 반응된 전해질 출력이 발생하는 경우에만 개스킷 지지 피스가 제공될 수 있다.

도 3e에 도시된 또 다른 실시예에서, CCF(50)(또는 동등하게 현재 설명된 임의의 다른 CCF)에 대한 수정이 양극 및 음극 가스 전달 통로의 크기를 변경하기 위해 이루어진다. 전기분해 공정에 따라 한 가스 생성물의 전달 통로가 다른 것보다 횡단면(측면 및/또는 수직)이 더 큰 것이 바람직할 수 있다. 암 부분(114)이 측면 암(51, 55) 사이에서 측방향 등거리에 있을 때, 인접한 전달 통로에 제공된 공간은 동일하며, 이러한 CCF는 도 2의 예시적인 필터 프레스 실시예와 같은 필터 프레스에 구성될 때 양극 또는 음극으로서 동등하게 이용될 수 있다. 본 명세서에 제공된 CCF 도면들은 일반적으로 CCF가 이해의 편의를 위해 애노드 또는 캐소드로서 동등하게 이용될 수 있도록 만들어지지만, 그러나 이것은 CCF 애노드 및 캐소드가 서로 구별되는 CCF 실시예에 대한 다른 가능성을 제한하지 않는다.

예를 들어, 또 다른 실시예에서 CCF 캐소드는 CCF(21 또는 50)와 실질적으로 동일하게 만들어지지만, 그러나 추가적으로 그 암 부분(114)은 측면 암(51)보다 측면 암(55)에 더 가깝게 위치되어, 구멍(52)(및 관련 생성물 전달 통로)이 결과적으로 측방향 폭이 증가하고, 구멍(54)(및 관련 생성물 전달 통로) 및 암 부분(63)은 측방향 폭이 감소된다. 도 3e에서 이 실시예는 50A로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 도 2와 실질적으로 동등한 예시적인 필터 프레스 실시예를 조립하기 위해, 상보적인 양극 CCF 실시예가 만들어지고, 50B, 그 암 부분(114)은 반대로 조정되어, 결과적으로 구멍(52)(및 관련 생성물 전달 통로)은 측방향 폭이 감소하는 반면, 구멍(54)(및 관련 생성물 전달 통로) 및 암 부분(63)은 측방향 폭이 증가한다. 다른 실시예에서, 50A가 애노드이고 50B가 캐소드인 반대 구성이 제공되어, 애노드 생성물의 가스 생성물 통로는 크기가 증가하고 캐소드 생성물의 가스 생성물 통로는 크기가 감소된다. 대안적으로, 다른 실시예에서 암 부분(115)은 순환 챔버(103)로 공급되는 통로의 크기가 변경되도록 높이 또는 측면 위치가 조정된다.

이러한 실시예는 하나의 생성물(양극 또는 음극)의 가스/액체 분리가 다른 것보다 더 쉽게 달성되는 경우에 특히 유용하다. 예를 들어, 알칼리 물 전기분해에 대한 실험 데이터는 양극액에서 산소의 가스 액체 분리가 음극액에서 수소의 가스 액체 분리보다 더 쉽게 제공됨을 시사했다. 따라서, 수소 가스가 그 전달 통로에서 더 큰 공간이 허용되도록 음극 생성물 전달 통로의 크기를 증가시키는 것이 유리할 수 있다.

가스 배출 전달 통로는 다양한 크기로 제공되는 CCF 캐소드 및 애노드 주위에 전체 필터 프레스 스택을 조립하기 위해; 도 2에서 이전에 기술된 바와 같이 모든 동일한 부품(개스킷, 마스크, 분리기, 개스킷 지지부)이 도시된 바와 같이 제공되지만, 스택이 적절하게 밀봉되도록 그들의 지정된 CCF에 인접한 형상 및 배치에서 필요에 따라 상응하는 조정이 제공된다. 이중 CCF 실시예 또는 본 발명의 이후에 설명되는 추가적인 생성물 전달 통로를 갖는 실시예와 같은 임의의 다른 CCF 실시예가 또한 대안적인 실시예로 제공될 수 있고, 여기서 양극 및 음극 전달 통로는 크기가 다르므로, 해당 비-제한적인 스택 조립체 구성 요소와 함께 가스 오프 테이크를 위한 구멍의 크기를 조정할 필요가 있다.

CCF에 대한 약간의 수정은 조립체의 밀봉을 개선하기 위해 필요할 때 선택적으로 제공될 수 있다. 순환 챔버(103)의 둘레는 전기활성 구조가 CCF의 표면과 실질적으로 같은 높이가 되도록 하기 위해 하나 이상의 면에서 약간 리세스될 수 있다. 또한, 현재 설명된 임의의 CCF 실시예의 두 평면으로부터 하나 이상의 연속적인 네거티브 홈이 추가로 절단될 수 있다. 적용될 때 네거티브 홈은 조립체의 개스킷 및 마스크 부품이 CCF의 표면과 같은 높이가 되도록 보장되도록 프레임의 모든 구멍 주변에서 선호된다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 CCF 실시예에 대한 적용에 대한 추가 정보를 제공하기 위해, 일부 추가 세부사항이 제공된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 CCF(50)는 임의의 유니폴라 필터 프레스 전기화학 조립체(예를 들어, 도 2 및 도 7에 도시된 것)에 적용될 수 있지만, 그러나 예를 들어 CCF의 측방향 크로스 부재(53)는 전기활성 구조(44)를 통한 허용 가능한 저항 전압 손실 및 CCF에 사용된 전기활성 구조의 전류 전달 능력에 따라 대략 8인치 이하로 제공되는 좁은 실시예에서 특히 바람직하다.

이 실시예에서 제공되는 추가적인 전도성 특징이 없기 때문에, 전류 전달의 대부분은 전기 전도성 탭(64)에 인접한 왼쪽에서 시작하여 오른쪽으로 이동하면서(즉, 도 16a에 도시된 바와 같이 전극 구조에 "평행") 전극 구조만을 가로질러 발생한다. 견고한 전도성 전기활성 구조에 의해 지원되는 좁은 실시예를 가로질러 더 짧은 거리를 이동하는 전류로 비교적 낮은 전도성 손실이 발생할 것이다. 이 실시예는 또한 추가적인 전도성 특징부 또는 채널이 필요하지 않기 때문에 제조 비용을 최소화하고 CCF 중량을 최소화할 것이다.

도 3a의 이러한 저비용 실시예는 저압에서의 전기분해 적용 및 소규모 생산에 바람직할 것이다. 이것은 CCF당 생성물 생성을 최대화하기 위해 넓은 표면적을 갖고 고압에서 작동하는 높은 전기 효율의 유니폴라 필터 프레스 스택에서 대규모 알칼리성 물 전기분해를 위한 바람직한 실시예는 아니다.

CCF당 큰 표면적(측방향 크로스 부재(53, 61)의 길이는 대략 8인치 내지 56인치 사이임)은 대규모 알칼리 수 전기분해에 적용되는 전해조에 대한 바람직한 실시예이다. 도 4a, 도 5a, 도 5c 및 도 6a와 같은 추가적인 전도성 특징을 갖는 바람직한 CCF 실시예는 CCF당 큰 표면적을 필요로 하는 알칼리 물 전해조 시스템을 위한 것이다; 하나의 유니폴라 필터 프레스 전기화학 셀 내에서 대량 생산 속도(예를 들어, 시간당 약 1kg 내지 20kg 이상의 수소 생산)에 필요한 높은 DC 전류를 달성한다. 이러한 실시예는 전술한 추가 전도성 특징의 이점 때문에 넓은 표면적 적용에 바람직하다.

도 4a는 도 3a의 CCF(50)와 유사한 일체형 CCF(68)의 바람직한 실시예의 등축도를 도시하며, 제조의 용이성을 위해 삽입 가능하도록 구성된 세장형 측면 암(51, 55) 사이로 연장되는 스트럿(69)을 더 포함한다. 스트럿(69)의 단부는 스트럿에 "도그 본" 구조를 제공하는 구근 형상으로 확대되고, 측면 암(51, 55)은 스트럿의 단부를 수용하기 위해 내부에 생성된 대응하는 공극 또는 리셉터클을 갖는다. 2개의 스트럿(69)이 도시되어 있지만, 하나만 있을 수 있거나, 또는 2개 이상이 있을 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 스트럿(69)의 대향 단부는 상이한 형상일 수 있고, 측면 암(51, 55)에 대응하는 리셉터클을 가져서, 스트럿(69)이 삽입될 수 있게 하고, 측면 암(51, 55)과 스트럿(69) 사이에 물리적 및 전기적 접촉을 제공함을 이해될 것이다. 도 4a의 스트럿(69)의 한 단부의 확대된 부분은 전해질, 생성물 및 반응물에 대한 전기분해 동안 스트럿을 통해 위쪽으로 흐름 경로를 제공하는 스트럿의 길이를 따라 형성된 복수의 관통 홀(70)을 도시한다.

다른 실시예에서, 내부에 관통 홀(70)이 제공되고 스트럿(69)이 CCF(68)에 삽입되도록 스트럿(69)을 제조한 후, 스트럿(69)은 전기 연결을 위한 전기 전도성 탭(64)을 포함하는 측면 암(55)에 용접되거나 그렇지 않으면 전기적으로 결합되어, 스트럿(69)에 제공되는 전기 연결의 견고성을 향상시킨다. 마찬가지로, 나중에 설명되는 도 9a의 이중 CCF 실시예에서, 스트럿(69)은 스트럿(69)에 대한 전기 연결을 개선하기 위해 중앙 프레임 부재(332)에 전기적으로 결합될 수 있다.

도 4b는 도 4a의 CCF(68)를 도시하지만 필터 프레스 스택에 삽입할 준비가 된 CCF에 전기활성 구조(44)가 부착되어 있다.

도 5a는 측면 암(51, 55) 사이에서 완전히 연장되는 스트럿 대신에, 측면 암(51, 55) 사이의 폭을 부분적으로 가로질러 연장되는 일체형 전도성 창(76)을 갖는 단일 CCF(74)의 바람직한 실시예를 도시한다. 창(76)이 일체로 제공되는 측면 암(55)은 도 5a의 전기 전도성 탭(64)에 인접하여 장치에서 가장 많은 암페어를 수용하는 측면이다. 도 10a에서 나중에 설명되는 창을 갖는 이중 CCF(374)의 경우, 전류는 측방향으로 이동한다; 이중 CCF의 중앙 축(332)을 가로질러 이동하는 한 쌍의 창에 들어간 다음 다음 창 세트로 넘어간다. 이러한 포지셔닝의 이점은 전기 분해 중에 생성물 생성이 가장 큰 전류가 있는 영역(즉, 창이 제공되는 곳)으로 크게 분리된다는 것이다. 그런 다음 상대적으로 적은 암페어가 있는 곳에서 오프테이크 전달 통로로의 가스 발생을 최대화할 수 있다(따라서 버블 이동으로 인해 "낭비되는" 암페어 수가 줄어든다).

다른 실시예에서, 순환 챔버(103)에서 액체 전해질의 순환을 개선하기 위해, 하나 이상의 관통 채널이 창(76)(또는 나중에 설명되는 76A)에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 채널이 측면 암(55)에 인접하여 제공되고, 창이 제공되는 측면은 이들 영역에서 전해질의 개선된 순환을 허용한다. 유사하게, 나중에 설명되는 도 10a의 이중 CCF 실시예에서, 창(76)(또는 76A)은 중앙 프레임 부재(332)에 인접하게 제공된 관통 채널을 가질 수 있다.

대안적인 실시예에서, 하나 이상의 창(76 또는 76A)은 순환 챔버(103)를 가로질러 연장되어 외측 암(51)과 만날 수 있고, 이에 의해 두 개의 창과 하나 이상의 "전도성 스트럿"이 있는 실시예를 형성할 수 있다. 상기 하나 이상의 전도성 스트럿은 창의 위쪽 배향 또는 위쪽을 가리키는 대각선 구성으로 또는 다른 형상으로 측면 암(51)에 배치되고 측면 암(51)으로부터 각을 이룰 수 있다. 상향 배향은 순환 챔버(103)에서의 가스 유동 방향에 대응한다. 일 실시예에서 전도성 스트럿은 후술하는 순환 챔버(103)의 유체 역학을 개선하기 위한 유익한 형상인 실질적으로 아치형일 수 있다. 상기 하나 이상의 전도성 스트럿은 본 실시예의 기계적 강성을 향상시키는데 유리하다. 상기 하나 이상의 전도성 스트럿은 내부에 하나 이상의 관통 채널을 더 포함하거나, 또는 깊이(103A)보다 더 얇을 수 있거나, 또는 프레임의 기계적 강성을 추가로 지원하면서 오프-테이크 구멍을 향한 순환 챔버(103) 내의 가스 및 액체의 순환을 지원하도록 제공되는 다른 수단을 갖는다. 추가적으로, 창(76)(또는 76A)을 갖는 CCF의 임의의 실시예에서, 창의 치수는 동일한 CCF 내에서 서로 다를 수 있어서, 유체역학적으로 유익한 구배가 생성된다. 유사하게, 이후에 설명되는 이중 CCF 실시예는 동등한 이중 CCF 실시예를 생성하기 위해 현재 설명된 특징 중 임의의 것을 채용할 수 있다.

도 5a의 CCF의 실시예는 도 6a에 비해 채널을 생성하는 데 더 적은 밀링이 요구되어 CCF 제조 비용을 감소시키기 때문에 경제적으로 유리하다. CCF 자체의 플라즈마 절단(또는 동등한 절단 기술) 동안, 경로는 동일한 CCF 구성요소의 일부로서 통합적으로 "위쪽을 향하는 대각선" 배열로 창(76)을 단순히 제공할 것이다. 창이 부착되지 않은 CCF의 측면은 기포가 상승하는 명확한 경로를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 창(76)은 도시된 바와 같이 상향으로 각을 이루는데(필수적인 것은 아님), 상향으로 각을 이루는 것이 필터 프레스로부터 대응하는 생성물 전달 통로(또는 "오프 테이크 통로")로 가스 생성물의 흐름을 촉진하기 때문이다.

도 5a의 바람직한 실시예는 대기압보다 높은 압력에서 작동하는 전해조에서 제공될 수 있지만, 이전에 논의한 바와 같이 가압 작동을 위한 풀 스트럿(69 또는 58)을 갖는 도 4a 또는 도 6a와 같은 실시예, 또는 적어도 하나의 추가적인 전도성 스트럿이 창(76) 옆에 제공되는 도 5a의 실시예를 채용하는 것이 바람직할 수 있다.

도 5b는 도 5a의 CCF(74)를 도시하지만 필터 프레스 스택에 삽입할 준비가 된 CCF에 전기활성 구조(44)가 부착되어 있다.

도 5c는 창(76A)을 갖는 CCF(74A)로 도시된 CCF(74)의 또 다른 실시예를 도시한다. 아치형으로 비스듬한 팁이 있는 실질적으로 아치형이 되도록 창을 제공하면 유체 및 가스가 최대 출구 속도에서 생성물 배출 통로 쪽으로 쉽게 향하는 데 유리할 수 있는 유체 역학이 제공된다. 그러나, CCF가 서로 다른 작동 압력에서 서로 다른 전해 공정에 적용되기 때문에 서로 다른 팁 형상이 최적일 수 있다. 창(76A)은 실질적으로 아치형이 되도록 최적화된 팁 형상 및 각도를 가질 수 있고, 가스 및 유체를 생성물 배출 전달 통로를 향해 "상향"으로 향하게 할 수 있다. 창(76A)에는 연속적인 아치형, 평면형, 평면 경사형, 아치형 베벨형, 다각형, 일반적으로 둥근형 또는 임의의 다른 적절한 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 팁 형상 실시예가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 팁은 아치형 베벨된 실시예로 만들어진다.

다른 실시예에서, 금속의 추가 홀 또는 "컷아웃"(79)은 측면 암(55 또는 51)(또는 나중에 설명되는 단일 또는 이중 CCF의 332)으로부터 제공될 수 있으며, 여기서 금속은 전류 전도 및 기계적 지지를 위해 엄격하게 요구되지 않는다. 이러한 컷아웃(79)을 제공함으로써 부품 질량 감소, 스크랩 금속 값 증가, 및 측면 암(55, 51)의 측방향 폭 증가를 지원하면서 부품 질량을 최소화할 수 있다. 측면 암(55, 51)의 측방향 폭을 연장하는 것은 필터 프레스 전해조 조립체 실시예에서 구성될 때 CCF가 유리하게 필터 프레스 외부로 돌출되도록 하여 프레임이 외부로 돌출되는 곳에서 공기 냉각된다. 공기 냉각을 추가로 지원하기 위해 특히 돌출된 컷아웃(79)을 갖는 필터 프레스 밀봉 프로파일로부터 돌출하는 CCF의 부분은 필터 프레스 열 제거 능력을 향상시킨다. 그러나, 공랭식만을 위한 목적을 위해, 컷아웃(79)은 선택적이며, CCF의 일부가 임의의 컷아웃(79) 없이 공기 냉각을 위해 필터 프레스 밀봉 프로파일로부터 돌출되는 CCF의 실시예가 제공될 수 있다. CCF는 전도, 대류 또는 복사로부터 열 제거를 증가시키도록 조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 측방향 크로스 부재(53, 61)는 다른 이점 중에서 전해조를 공기 냉각하기 위한 목적으로 제공되는 선택적인 컷아웃(79)으로 추가로 높이가 증가될 수 있다. 공기 냉각을 위한 컷아웃(79) 및/또는 돌출부가 현재 설명된 임의의 다른 CCF 실시예에 추가로 제공될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 컷아웃(79)은 다른 기하학적 형상으로 추가로 제공될 수 있다.

다른 실시예에서, CCF의 외부 프레임 부재는 열 제거 기능을 더욱 향상시키기 위해 형상이 조정될 수 있는데, 예를 들어 성곽 형상으로 만들거나, 또는 굽히거나 흔들려서 추가 표면적과 필터 프레스에서 공기 냉각을 위한 돌출부를 생성한다. 추가적으로, 열 제거 기능을 더욱 향상시키기 위한 코팅은 나중에 자세히 논의되는 모든 CCF에 적용될 수 있다.

다른 실시예에서, 중앙 프레임 부재(332)는 측방향 폭으로 확장될 수 있으므로, 추가 재료 컷아웃(79)이 제공될 수 있고, 상기 컷아웃은 부품 중량을 감소시키고 스크랩 금속 가치를 증가시키며, 추가로 공기 냉각을 위한 추가 유리한 위치를 생성한다.

도 6a는 도 4a의 CCF(68)와 동일한 기본 구조를 갖는 단일 CCF(85)의 또 다른 바람직한 실시예를 도시하지만, 스트럿(69) 대신에, 이것은 측면 암(51, 55)과 일체형의 단일 통합 피스로 형성되는 전도성 스트럿(58)을 포함하므로, 전기활성 구조가 스트럿(58) 및 CCF 프레임에 전기적으로 접촉될 때 스트럿(58)을 통해 전기활성 구조로 전기가 전도되도록 한다.

도 6a로 돌아가서, 현재 실시예에서, 스트럿(58)은 깊이(103A)(CCF(85)의 강성 지지 프레임의 두께)보다 작은 두께를 갖고, 스트럿(58)을 따라 형상(62)을 가지며, 여기서 형상(62)의 두께는 깊이(103A)(CCF(85)의 강성 지지 프레임의 두께)와 동일할 수 있다. 스트럿(58)이 깊이(103A)보다 얇기 때문에, 본 명세서에서 채널 정의 형상이라고도 하는 채널(60)이 생성된다.

작동 시, 가스, 전해질 또는 유체는 스트럿(58)의 재료로 제공된 직사각형 프리즘들(또는 동등하게 "형상")(62) 사이의 갭에 의해 형성된 채널(60)을 통해 스트럿(58)을 통해 상승한다. 채널(60)은 순환 챔버(103) 내에서 전기화학 반응물 및 생성물의 순환을 위한 공간을 제공한다. 형상(62)은 예를 들어 도 6a에서 실질적으로 직사각형 프리즘으로 도시되어 있지만, 임의의 다른 적합한 형상으로 형성될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 형상(62)은 도 6d에 도시된 바와 같이 울타리 형상 패턴을 생성하는 측면 암(51 및 55)에 평행하게 연장되는 세장형 직사각형 프리즘 또는 가로 부재일 수 있다. 가로 부재는 측방향 크로스 부재 및 중간 측방향 크로스 부재보다 먼저 종료될 수 있다. 다중 스트럿(58)이 있는 경우, 가로 부재는 다른 스트럿(58)으로부터의 다른 가로 부재와 접촉하기 전에 종료될 수 있다.

전도성 스트럿(58) 상의 형상(62)은 작동 중에 전기활성 표면으로 그리고 전기활성 표면을 통한 전기 전도를 허용하는 전기활성 구조(예를 들어, 도 2의 26 및 102)에 대한 부착 또는 접촉 지점 역할을 한다. 도 6a에 도시된 이러한 형상(62)은 스트럿의 한쪽 면에만 도시되어 있지만, 전기활성 구조의 부착이 CCF의 양쪽 면에 필요한 경우 스트럿(58)의 양쪽 면에 위치할 수 있다.

스트럿(58)으로부터 형상(62) 및 채널(60)의 효과를 얻기 위한 방법은 가공, 스탬핑 또는 제조 기술 분야의 당업자에게 알려진 다른 기술을 통해 스트럿(58)으로부터 재료를 빼는 것일 수 있다. 채널(60)은 도 6a에서 일반적으로 직사각형으로 도시되어 있지만, "V" 형상, "U" 형상, 사다리꼴, 반원 또는 정사각형 중 임의의 하나 또는 조합을 닮도록 번갈아 가공될 수 있다. 채널(60)은 기계 가공에 제한되지 않고, 레이저 절단 또는 플라즈마 절단일 수 있다. 채널(60)의 다른 형태의 제작도 고려될 수 있다. 형상(62)은 스트럿(58)을 따라 임의의 지점에 추가로 배치될 수 있고, 동일한 CCF 내의 상이한 스트럿 상에 이들의 위치는 유리하게 순환 챔버(103)에서 연속적인 상향 순환을 허용하도록 교번할 수 있다.

대안적으로, CCF 측면 암(51, 55) 및 측방향 크로스 부재(61, 53)에 비해 깊이가 완전히 더 얇은 스트럿(58)이 제공될 수 있고("얇은 전도성 스트럿"), 전체 스트럿이 형상(62) 없이 도 6a에 도시된 채널(60)의 치수로 축소된 경우 도면에 도시된 바와 같은 스트럿(58)이 나타나는 방식과 유사하다. 순환 챔버(103)의 순환은 얇은 전도성 스트럿 주위에 제공될 것이다.

상기 얇은 전도성 스트럿(또는 "얇은 측방향 크로스 부재")는 CCF(85)와 일체로 형성될 수 있으며, 그 두께는 제조 수단에 의해 차감된다. 대안적으로, 얇은 전도성 스트럿은 원래 상기 CCF 측면 암(51, 55) 및 측방향 크로스 부재(61, 53)의 두께보다 작은 두께를 갖지만 CCF(85)와 동일한 재료인 다른 플레이트의 섹션으로부터 제공될 수 있고, 결과적으로 스트럿과 측면 암(55, 51) 사이에 전기적 연결이 형성되도록 용접 방법에 의해 상기 제1 및 제2 측면 암(51, 55) 사이가 결합된다. 얇은 전도성 스트럿을 포함하는 CCF(85)의 최종 실시예는 설명된 방법에 의해 생성될 때 실질적으로 동등하다.

이에 대한 대안적인 실시예는 융기된 형상(62) 및 채널(60)의 효과를 생성하기 위해 얇은 전도성 스트럿에 재료를 추가할 수 있다.

도 6c에 도시된 대안적인 실시예에서, 스트럿(58)은 깊이(103A)(CCF(85)의 강성 지지 부재의 두께)를 갖는다. 스트럿(58)은 본 명세서에서 홈 또는 리베이트로도 지칭되는 채널(65)을 가질 수 있고, 여기서 채널(65)은 깊이(103A)(CCF(85)의 강성 지지 프레임의 두께)보다 작은 두께를 갖는다. 이는 길이의 대부분을 따라 깊이(103A)(CCF(85)의 강성 지지 부재의 두께)를 갖는 스트럿(58)로 이어진다. 채널(60)과 유사한 채널(65)은 순환 챔버(103) 내에서 전기화학 반응물 및 생성물의 순환을 위한 공간을 제공한다. 또한, 채널(65)은 채널(65)의 벽과 전기활성 표면(26 또는 102)에 의해 정의된다.

도 6e에 도시된 대안적인 실시예는 도 6c 및 도 6d의 실시예의 조합일 수 있고, 여기서 스트럿(58)은 동일한 깊이(103A 및 CCF(85))인 두께를 갖고 홈(65)은 스트럿(85)을 따라 존재한다. 또한, 측면 암(51, 55)에 평행한 가로 부재로서의 형상(62)이 스트럿(85)를 따라 존재한다. 스트럿(58)의 두께, 형상(62), 채널(60) 및 홈(65)의 상이한 조합이 이용 가능하고, 스트럿(58)의 상이한 설계가 이용 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 홈(65) 및 채널(60)은 스트럿(58)의 양쪽에 배치될 수 있다.

또한, 스트럿 및 중간 측방향 크로스 부재가, 해제 가능하게 분리 가능하거나 CCF와 통합되든, 동일한 CCF에서 비균질한 배열로 존재할 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, CCF는 도 5a의 창(76)과 도 4a의 스트럿(69)의 조합을 가질 수 있다. 측방향 크로스 부재의 상이한 조합은 또한 상이한 두께의 스트럿(58), 형상(62), 채널(60) 및 홈(65)을 가질 수 있다. 예를 들어, 창(76)은 홈(65)을 포함할 수 있다.

도 6b는 도 3c의 실시예 전기활성 구조(44)에 대응하는 전기활성 구조가 부착된 CCF(85)를 도시한다.

대안적인 실시예에서, 하나 이상의 전기활성 구조(44)가 얇은 전도성 스트럿을 포함하는 단일 또는 이중 CCF 실시예에 제공될 때, 상기 전기활성 구조에는 얇은 전도성 스트럿의 상부에 직접 대향하여 위치된 "만입된 내향 딤플"이 추가로 제공될 수 있어, 얇은 전도성 스트럿에 전기적 연결이 이루어질 수 있고, 얇은 전도성 스트럿과 전기활성 구조의 딤플이 없는 영역 사이의 나머지 측방향 공간에서 측면 암(55 및 51)(또는 얇은 전도성 스트럿을 갖는 이중 CCF의 51 및 332)에 실질적으로 평행한 채널을 정의한다. 이들 실시예는 CCF(85) 제조의 복잡성 및 비용을 감소시키는 이점을 제공한다. 다른 실시예에서, 순환 챔버(103)를 둘러싸는 리세스가 전술한 바와 같이 추가로 제공되는 경우, 딤플 전기활성 표면이 적용되는 CCF의 표면과 궁극적으로 실질적으로 같은 높이가 되도록 적절한 공학적 조정이 이루어진다.

도 7은 구축된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(310)의 등각 분해도를 보여준다. CCF의 적층 어레이, 보다 구체적으로는 하나의 CCF(350)("이중 CCF")를 둘러싸는 4개의 CCF(50)("단일 CCF")의 조합을 사용한다. CCF(50) 형태의 단일 CCF가 도 7에 도시되어 있지만, 단일 CCF(68, 74 또는 85) 중 임의의 하나 또는 조합이 도 7에 도시된 임의의 CCF(50)를 대체할 수 있다. 설명된 바와 같이, 단일 CCF(68, 74 또는 85)의 실시예는 각각 주어진 유니폴라 전기화학 장치 적용에 대해 고유한 이점을 보유하고 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(310)에 대한 의도된 적용에 가장 적합하도록 적용될 것이다. 유사하게, 이중 CCF(368, 374 또는 385)의 임의의 실시예는 도 7에서 이중 CCF(350)를 동등하게 대체할 수 있다. 여기에 설명된 이중 CCF는 이전에 논의된 단일 CCF의 모든 동일한 이점을 제공한다. 추가로 논의되는 바와 같이, 현저하게 감소된 전류 경로 길이 및 인접한 유니폴라 필터 프레스 스택 사이에 요구되는 버스 바 주파수의 제거라는 새로운 이점을 제공한다. 이는 장치 제조 시 부품 수 감소와 설치 및 조립 노동력 감소를 가져온다. 도 7의 임의의 라벨링되지 않은 부분은 예를 들어 분리기(28), 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30), 개스킷 지지 피스(56), 순환 챔버(103) 및 반대 극성의 전기활성 구조(26 및 102)에 대해 이전에 설명되었다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(310)는 2개의 유니폴라 필터 프레스 셀을 포함하고; 제1 유니폴라 필터 프레스 셀에는 4개의 흐름 통로(316, 317, 318, 319)가 제공된다. 제2 유니폴라 필터 프레스 셀에는 또한 4개의 흐름 통로(320, 321, 322 및 323)가 제공된다. 제1 및 제2 유니폴라 필터 프레스 셀의 생성물 및 반응물은 물리적으로 분리되어 단부 클램핑 플레이트(312, 334) 중 어느 것 내에서 혼합되지 않는다. 단일 CCF의 전기 전도성 탭(64)에 제공된 전원 입력에 의해 생성된 전류는 도 16에서 나중에 설명되는 바와 같이 이중 CCF(350)의 챔버를 가로질러 이동한다. 이 설계는 전기가 도 8a에서 332로 표시된 이중 CCF(350)의 중심축을 통해 중앙에서 "버스"되고, 이중 CCF(350)의 중심축(332)의 양쪽에 제공된 순환 챔버(103) 위에 장착된 전기활성 구조에 분배되도록 한다. 제1 및 제2 유니폴라 필터 프레스 셀 사이의 유일한 연결(전기적 및 물리적)은 이중 CCF(350)이다.

왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면, 흐름 통로(316)는 제1 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(358), 구멍(110, 54, 106)(전술한 바와 같음) 및 이중 CCF(350)의 구멍(352)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(316)에 결합된 CCF(350)의 측면은 도 7에서 양의 부호로 표시된 바와 같이 양극으로 분극된다. 도 7에 도시된 분극은 예시적인 것이며, 다른 실시예에서 반전될 수 있다. 흐름 통로(316)는 개스킷 지지 피스(56)를 통해 CCF(350)의 우측 순환 챔버(103)로부터 발생하는 양극 생성물(물 전기분해의 예에서 가스 생성물)을 흐름 통로(316)로 공급하는 구멍(352)으로 공급한다. 본 명세서에서 비-제한적인 가스/액체 분리에 적용되는 규정에 따라, 양극액 액체는 또한 양극 가스 생성물과 함께 흐름 통로(316)에 들어갈 수 있다. 이 양극 생성물 가스 및 양극액 액체는 제1 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(358)를 통한 추가 처리를 위해 흐름 통로(316)로부터 제거된다.

다시 왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(317)는 제1 단부 클램핑 플레이트(312)의 관형 포트(제1 단부 개스킷(14)에 의해 가려짐), 구멍(111, 78, 107) 및 CCF(350)의 양극 분극 측면의 구멍(380)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 이중 CCF(350)의 양극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(380) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 양극액이 공급된다. 양극액 반응 액체는 처음에 제1 단부 클램핑 플레이트(312)의 가려진 포트(361)를 통해 흐름 통로(317)로 공급된다. 흐름 통로(317)로 입력되는 양극액 액체는 순수 전해질일 수 있거나, 또는 흐름 통로(316 또는 322)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 양극액일 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면 흐름 통로(318)는 제1 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(351)와 이중 CCF(350)의 구멍(94, 52, 90, 354), 구멍(90, 52)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 음극으로 분극된 CCF(50)는 가스 음극 생성물을 개스킷 지지 부재(56)를 통해 구멍(52)로 공급한 다음 흐름 통로(318)로 공급한다. 양극 가스 생성물에 대해 동등하게 언급된 바와 같이, 필터 프레스 스택에서 가스/액체 분리를 위해 사용된 설비에 따라, 일부 음극액 액체가 가스 음극 생성물과 함께 흐름 통로(318)에 들어갈 수 있다. 생성물 및 잔류 음극액은 포트(351)에서 제거된다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(319)는 제1 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(353)와 구멍(109, 80, 108, 378, 108, 80)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. CCF(50)의 음극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(80) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 음극액이 공급된다. 음극액 반응물 액체는 처음에 제1 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(353)를 통해 흐름 통로(319)로 공급된다. 흐름 통로(319)로 입력되는 음극액은 물일 수 있거나, 흐름 통로(318 또는 320)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 음극액일 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(320)는 제2 단부 클램핑 플레이트(334)에 연결되는 포트(348)와 이중 CCF(350)의 구멍(94)(컷어웨이로 인해 도시되지 않음)(54, 90, 356)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 이중 CCF(350)의 음극 분극 부분은 음극 순환 챔버(103)로부터 개스킷 지지 피스(56)를 통해 구멍(356)로 가스 음극 생성물을 공급한 다음 흐름 통로(320)로 공급한다. 필터 프레스 스택에서 가스/액체 분리를 위해 사용되는 설비에 따라, 일부 음극액이 가스 음극 생성물과 함께 흐름 통로(320)에 들어갈 수 있다. 가스 음극 생성물 및 잔류 음극액은 포트(348)에서 제거된다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(321)는 제2 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(357)와 구멍(109, 78, 108, 381)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. CCF(350)의 음극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(381) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 음극액이 공급된다. 음극액 반응물 액체는 처음에 제2 단부 클램핑 플레이트(334)의 포트(357)를 통해 흐름 통로(321)로 공급된다. 흐름 통로(321)로 입력되는 음극액은 물일 수 있거나, 또는 흐름 통로(320 또는 318)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 음극액일 수 있다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(322)는 제2 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(349)와 이중 CCF(350)의 구멍(110, 52, 106, 355), 구멍(106)의 채널 형성 조합에 의해 생성되고, 제2 구멍(52)에서 종료된다. 흐름 통로(322)에 결합된 CCF(50)는 양극 분극된다. 흐름 통로(322)는 개스킷 지지 피스(56)를 통해 양극 CCF(50)의 순환 챔버(103)로부터 발생하는 양극 가스 생성물을 구멍(52)으로 공급한 다음, 흐름 통로(322)로 공급한다. 가스/액체 분리에 적용되는 규정에 따라 양극액은 양극 가스 생성물과 함께 흐름 통로(322)에 들어갈 수도 있다. 이 양극 생성물 가스 및 양극액 액체는 제2 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(349)를 통한 추가 처리를 위해 흐름 통로(322)로부터 제거된다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(323)는 제2 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(359)와 구멍(111, 80, 107, 379, 107, 80)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 단일 CCF(50)의 양극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(80) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 양극액이 공급된다. 양극액 반응 액체는 초기에 제2 단부 클램핑 플레이트(312)의 포트(359)를 통해 흐름 통로(323)로 공급된다. 흐름 통로(323)로 입력되는 양극액 액체는 순수 전해질일 수 있거나, 흐름 통로(316 또는 322)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 양극액일 수 있다.

도 8a는 측면 암(51)으로부터 이격된 CCF의 측방향 크로스 부재(345) 사이로 연장되는 중앙 암(332)을 포함하는 이중 CCF(350)의 실시예를 도시한다. CCF(350)는 인접한 2개의 유니폴라 필터 프레스 셀 사이에서 전류 버스 역할을 한다. 이러한 이유로 이중 CCF에는 전기 연결을 위한 탭(도 3a의 전기 전도성 탭(64)과 같은)이 필요하지 않다. 이중 플레이트 CCF(350)는 또한 2개 이상의 전기화학 유니폴라 필터 프레스 셀 스택의 다중 스택 CCF를 생성하는 데 사용할 수 있다(도 16c 및 관련 설명 참조).

단일 CCF(50)와 유사하게, 이중 CCF(350)는 이중 CCF(350)의 강성 지지 프레임의 두께의 정의된 두께(103A)를 갖는 이중 순환 챔버(103)를 갖는 일체형으로 형성된 강성 지지 프레임이다. 또한, 위에서 언급한 CCF와 유사하게 이중 CCF는 구멍(355, 354, 378 및 379)을 정의하는 데 도움이 되는 일련의 내부 프레임 부재를 가지고 있다.

구멍(355, 354, 378 및 379)은 중앙 암(332), 측면 암(51) 또는 측방향 크로스 부재(345)에 부착된 내부 프레임 부재, 또는 중앙 암(332), 측면 암(51) 및 측방향 크로스 부재(345)의 조합에 의해 정의될 수 있다. 본 실시예에서 구멍(355, 379)은 제1 순환 챔버에 대각선으로 배치되고, 구멍(354, 378)은 제2 순환 챔버에 대각선으로 배치된다. 구멍(355, 379, 354, 378)은 대각선으로 배치되는 것에 한정되지 않고, 측면 암(51)을 따라 또는 중앙 암(332)을 따라 같은 쪽에 배치될 수 있다. 또한, 구멍(355, 379, 354, 378)은 균일한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 구멍(355, 379)은 제1 순환 챔버에서 대각선으로 배치될 수 있고, 구멍(354, 378)은 제2 순환 챔버에서 측면 암(51)을 따라 배치될 수 있다. 이중 CCF(350)에서 순환 챔버의 구멍 구성의 상이한 조합이 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

도 8a에 도시된 현재 실시예에서, 내부 프레임은 대체로 L자형이다. 구멍(355)은 중앙 암(332)의 일부, 제1 측방향 크로스 부재(345)의 일부, 및 제1 암 부분(383) 및 제2 암 부분(382)에 의해 정의되며, 여기서 제1 암 부분(383) 및 제2 암 부분(382)은 제1 대체로 L자형 부재를 구성한다(제1 내부 프레임 부재의 실시예). 제1 암 부분(383)의 제1 단부는 중앙 암 부분(332)에 연결되고 제1 암 부분(383)의 제2 단부는 제2 암 부분(382)에 연결되며, 여기서 제2 암 부분(382)은 제1 측방향 크로스 부재(345)의 부분에 연결된다. 인접한 구멍(356)은 제2 암 부분(382), 좌측 암(51)의 일부 및 측방향 크로스 부재(345)의 일부에 의해 정의된다. 구멍(379)은 좌측 암(51)의 일부, 제2 측방향 크로스 부재(345)의 일부, 제1 암 부분(305) 및 제2 암 부분(360)에 의해 정의되며, 여기서 제1 암 부분(305) 및 제2 암 부분(360)은 제2 대체로 L자형 부재를 구성한다(제2 내부 프레임 부재의 실시예). 제1 암 부분(305)의 제1 단부는 좌측 암 부분(51)에 연결되고 제1 암 부분(305)의 제2 단부는 제2암 부분(360)에 연결되며, 여기서 제2 암 부분(360)은 제2 측방향 크로스 부재(345)의 일부에 연결된다. 인접한 구멍(381)은 제2 암 부분(360), 중앙 암(332)의 일부 및 제2 측방향 크로스 부재(345)의 일부에 의해 정의된다.

구멍(354, 378) 및 인접 구멍(352, 380)은 중앙 암(332)을 가로질러 미러링된다. 더 구체적으로, 구멍(354)은 중앙 암(332)의 일부, 제1 측방향 크로스 부재(345)의 일부, 제1 암 부분(363) 및 제2 암 부분(314)에 의해 정의되고, 여기서 제1 암 부분(363) 및 제2 암 부분(314)은 제3 대체로 L자형 부재를 구성한다(제3 내부 프레임 부재의 실시예). 제1 암 부분(363)의 제1 단부는 중앙 암 부분(332)에 연결되고 제1 암 부분(363)의 제2 단부는 제2 암 부분(314)에 연결되며, 여기서 제2 암 부분(314)은 제1 측방향 크로스 부재(345)의 부분에 연결된다. 인접한 구멍(352)은 제2 암 부분(314), 우측 암(51)의 일부 및 측방향 크로스 부재(345)의 일부에 의해 정의된다. 구멍(378)은 우측 암(51)의 일부, 제2 측방향 크로스 부재(345)의 일부, 제1 암 부분(304) 및 제2 암 부분(315)에 의해 정의되고, 여기서 제1 암 부분(304) 및 제2 암 부분(315)은 제4 대체로 L자형 부재를 구성한다(제4 내부 프레임 부재의 실시예). 제 1 암 부분(304)의 제 1 단부는 우측 암(51)에 연결되고 제 1 암 부분(304)의 제 2 단부는 제 2 암 부분(315)에 연결되며, 여기서 제2 암 부분(315)은 제2 측방향 크로스 부재(345)의 일부에 연결된다. 인접한 구멍(380)은 제2 암 부분(315), 중앙 암(332)의 일부 및 제2 측방향 크로스 부재(345)의 일부에 의해 정의된다.

앞서 언급한 바와 같이, 이중 CCF(350)는 2개의 순환 챔버(130)를 갖는다. 순환 챔버(130)는 이중 CCF(350)의 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면 사이에 있다. 제1 순환 챔버(130)는 제1 암 부분(305, 383), 제1 측면 암(51)의 내측 에지 및 중앙 암(332)에 의해 추가로 정의된다. 제2 순환 챔버(130)는 제1 암 부분(304, 363), 제2 측면 암(51)의 내부 에지 및 중앙 암(332)에 의해 추가로 정의된다.

단일 CCF(50)와 유사하게, 이중 CCF(350)에 있는 리세스된 노치(66 및 67)의 존재는 전기활성 구조(44)가 부분적으로 순환 챔버(103) 내에 배치되도록 한다. 이중 CCF(350)의 노치(66 및 67)는 측면 암(51) 및 중앙 암(332)의 내부 표면 또는 에지를 따라 있다.

이 이중 플레이트 CCF(350)에서, 하나의 절반부는 하나의 유니폴라 필터 프레스 셀 스택의 애노드이고, 하나의 절반부는 인접한 유니폴라 필터 프레스 셀 스택의 캐소드이다. 인접한 유니폴라 필터 프레스 셀 스택 사이에 버스 바가 필요하지 않으므로, 스택 사이의 금속 저항 손실이 감소하고, 유니폴라 스택은 종래의 바이폴라 필터 프레스 스택이 달성한 낮은 저항 손실에 근접할 수 있다. 감소된 전류 경로 길이는 이중 CCF가 2개의 유니폴라 필터 프레스 스택 사이에서 개선된 셀 간 전기 연결(셀 간 버스 바보다 개선됨) 역할을 할 수 있는 능력의 결과이다. 개선은 전류가 전기 전도성 탭(64)을 갖는 단일 CCF에서 요구되는 측면 및 수직 모두가 아니라 인접한 셀 사이에서 측면으로만 이동하는 이중 CCF의 특징에서 비롯된다. 또한 동일한 작업을 수행하기 위해 두 개의 작은 구성 요소보다 하나의 큰 구성 요소를 절단하는 것이 제조에서 더 효율적일 수 있다.

도 8b는 도 8a의 CCF(350)를 도시하지만, 이제 CCF의 반대편에 전기활성 구조(44)가 있다.

도 9a는 도 4a의 단일 CCF(68)에서와 본질적으로 동일하지만 이제 분리된 스트럿(69)이 두 순환 챔버(103) 모두에 제공되고 단일 CCF(68)와 동일한 이점을 제공하는 도그 본 형상의 스트럿(69)을 갖는 이중 CCF(368)의 실시예를 도시한다. 단일 CCF(68)에서 이전에 언급된 바와 같이, 스트럿(69)은 해제 가능하게 분리될 수 있고, 전해질, 생성물 및 반응물의 흐름을 허용하기 위해 스트럿(69)의 길이를 따라 관통 홀을 포함할 수 있다. 스트럿(69)은 또한 측면 암(51) 및 중앙 암(332) 상의 상보적인 형상의 리셉터클에 삽입될 수 있도록 형상화되고 구성된 대향 단부를 가질 수 있어, 스트럿(69)이 측면 암(51) 중 하나와 중앙 암(332) 사이에 물리적 및 전기적 접촉이 되도록 삽입되도록 허용한다.

도 9b는 도 9a의 CCF(368)를 도시하지만, 이제 CCF의 반대편에 전기활성 구조(44)가 있다.

도 10a는 도 5a의 단일 CCF와 유사한 창(76)을 갖는 이중 CCF(374)의 실시예를 도시하지만, 창이 중앙 프레임 부재(332)와 일체로 형성되고 순환 챔버(103) 내로 돌출된다는 것이 주목된다. 도 5a의 단일 CCF와 유사하게, 창(76)는 제1 및 제2 순환 챔버(130) 중 하나에서 가스 흐름의 방향에 대응하도록 상향 배향으로 중앙 암(332)으로부터 비스듬히 배치될 수 있다. 도 10b는 도 10a의 CCF(374)를 도시하지만, 이제 CCF의 반대편에 전기활성 구조(44)가 있다. 이중 CCF로부터의 전류는 중앙 프레임 부재(332)를 통해 하나의 유니폴라 필터 프레스 셀 스택의 창에서 인접한 셀 스택의 창으로 측면으로 전달된다. 따라서, "창"은 이 프레임 부재(332)로부터 연장되어 전류가 이중 CCF를 통해 측면으로 이동할 수 있다. 이러한 창(76)은 단일 CCF(74)에서와 동일한 이점을 제공한다.

도 10c는 도 5c의 단일 CCF 및 도 10a의 이중 CCF와 유사한 창(76A)을 갖는 이중 CCF(374A)의 실시예를 도시한다. CCF(374A)는 전술한 바와 같이 컷아웃(79)을 추가로 갖는다. 결과적으로, 도 10c에 도시된 이중 CCF 실시예는 도 5c의 CCF 및 도 10a의 이중 CCF 모두의 이전에 기술된 이점으로부터 이익을 얻는다. 현재 설명된 임의의 이중 CCF 실시예의 중심축(332)은 측방향 폭이 증가되어 추가적인 컷아웃(79)이 만들어질 수 있고, CCF의 열 전달 능력을 더욱 향상시킬 수 있다. 단일 CCF와 유사하게, 창(76A)은 일반적으로 형상이 아치형이지만, 연속적인 아치형, 평면형, 평면 경사형, 아치형 베벨형, 다각형형, 일반적으로 둥근형 또는 임의의 다른 적절한 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 상이한 팁 형상 실시예가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 팁은 아치형 베벨된 실시예로 만들어진다.

또한, 다른 실시예에서, 열 제거 능력을 개선하기 위한 코팅이 이중 CCF의 프레임 부재, 바람직하게는 중앙 프레임 부재(332)에 추가로 적용될 수 있다. 열 제거 기능을 개선하기 위한 코팅은 고방사율 페인트, 세라믹 기반 또는 실리콘-세라믹 기반 코팅, 예를 들어 Aremco의 840-MS와 같은 검은색 착색 코팅으로 구성될 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 대안적인 실시예에서, CCF의 열 제거 능력을 개선하기 위한 코팅이 현재 설명된 임의의 CCF 실시예에 적용될 수 있다.

또한, 다른 실시예에서 추가 재료 형상이 CCF 프레임 부재에 제공되어 필터 프레스로부터 돌출된 프레임 표면 영역을 증가시켜 열 전달이 개선될 수 있다. 이러한 추가 돌출 재료 형상은 바람직하게는 핀 또는 다른 열 전달 가능한 형상으로 제공될 수 있다.

도 11a는 도 6a의 CCF(85)의 이중 CCF 버전인 이중 CCF(385)를 도시한다. 도 11b는 전기활성 구조(44)가 부착된 CCF(385)를 도시한다. 스트럿(58)은 단일 CCF(85)와 동일한 구조를 가지며 동일한 이점을 제공하며, 단일 CCF(85)에서 측면 암(51, 55) 사이에 연결되는 대신에, 스트럿(58)이 중앙 암(332)과 이중 CCF(385)에서 측면 암(51) 중 하나 사이에 연결된다.

단일 CCF(85)의 스트럿(58), 스트럿(58)의 두께, 형상(62) 및 홈(65)의 상이한 가능한 구성 및 조합의 이전에 설명된 대안적인 실시예는 이중 CCF(385)에 대해 가능하며 동일한 이점을 제공한다. 또한, 스트럿(58)의 두께, 형상(62) 및 홈(65)의 상이한 조합이 이용 가능하고, 스트럿(58)의 상이한 설계가 이중 CCF(385)에 대해 이용 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

또한, 스트럿 및 중간 측방향 크로스 부재는, 해제 가능하게 분리 가능하거나 또는 이중 CCF(385)와 통합되어 있는지 여부에 관계없이, 스트럿 및 중간 측방향 크로스 부재가 제1 순환 챔버(103)에 있는지 또는 제2 순환 챔버(103)에 있는지에 무관하게, 동일한 이중 CCF에서 비균질 배열로 존재할 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

도시되지는 않았지만, 단일 CCF(50)와 유사하게, 이중 CCF(350)는 전해질, 생성물 및 반응물이 통과하도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 갖는 개스킷 지지 피스(56)를 이용할 수 있어, 구멍(356, 381, 352, 380)의 정의를 완료할 수 있다. 또한, 단일 CCF(50)의 것과 유사하게, 개스킷 지지 피스(56)는 이중 CCF(350)의 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리될 수 있거나, 다른 실시예에서 이중 CCF(350)의 강성 지지 프레임과 일체로 형성될 수 있다.

도 12는 단일 CCF(450)의 적층 어레이를 사용하여 구축된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(410)의 등각 분해도를 도시하고, 여기서 생성물 이송을 위한 추가 구멍이 제공된다. 도 12의 임의의 라벨링되지 않은 부분은 나중에 설명되거나, 또는 예를 들어 분리기(28), 개스킷 지지 피스(56), 순환 챔버(103) 및 반대 극성의 전기활성 구조(26 및 102)에 대해 이전에 설명되었다. 단부 개스킷(414), 개스킷(430) 및 마스크(422 및 424)는 전술한 단부 개스킷(14), 개스킷(30) 및 마스크 프레임(22 및 24) 및 단부 클램핑 플레이트(412 및 434)와 동일한 목적을 제공하지만, 그러나 추가 생성물 전달 통로를 위한 수용과 함께 도 12 및 도 14에 제공된다.

단일 CCF(450)가 단일 CCF(50)와 유사한 베어 생성물 순환 챔버(103)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이들의 생성물 순환 챔버(103)는 이전에 설명된 단일 CCF(68, 74 또는 85)의 전도성 특징부를 포함하는 바람직한 실시예로 구성될 수 있어, 생성물 이송을 위한 추가 구멍을 갖는 도 12의 CCF(68 및 85)는 생성물 순환 챔버를 가로질러 제공되는 전도성 스트럿 또는 창(76)을 추가로 가질 수 있다. 유사하게, 이전에 설명된 이중 CCF(368, 374, 또는 385)의 전도성 스트럿 또는 창은 도 14에 도시된 바와 같이 추가 통로를 갖는 이중 CCF(550)에 적용될 수 있다. 그러나, 도 12 및 도 14에서 생성물 전달을 위한 추가적인 구멍을 포함하는 CCF 실시예는 도 12 및 도 14가 효과적으로 재생성되도록 전체 구성에 대한 변경을 추가로 수용하지 않고 도 2 및 도 7의 장치로 동등하게 대체될 수 없다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(410)는 6개의 흐름 통로(416, 417, 418, 419, 420, 421)를 갖는 하나의 유니폴라 필터 프레스 셀로 구성된다.

왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면, 흐름 통로(416)는 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(449)와 단부 개스킷(414)의 구멍(494), CCF 450의 구멍(493), 개스킷(430)의 구멍(460), CCF 450의 구멍(488), 구멍(460 및 493)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(416)에 물리적으로 연결되는 CCF(450)는 도 12에서 양의 부호로 표시된 바와 같이 양극 극성으로 분극된다. 도 12에 도시된 분극은 예시적인 것이며, 다른 실시예에서 반전될 수 있다. 흐름 통로(416)는 흐름 통로(416)에 결합된 CCF(450)의 순환 챔버(103)로부터 발생하는 양극 생성물(물 전기분해 또는 염소 전기분해의 경우 가스 생성물)을 개스킷 지지 피스(56)를 통해, 흐름 통로(416)로 안내되는 구멍(493) 내로 공급한다.

왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(459)와 구멍(495, 480, 461, 478, 461, 480)의 채널 형성 조합에 의해 흐름 통로(417)가 생성된다. 흐름 통로(417)에 물리적으로 연결되는 CCF(450)의 양극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 양극액이 공급된다. 양극액 반응 액체는 초기에 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(459)를 통해 흐름 통로(417)로 공급된다. 흐름 통로(417)로 입력되는 양극액 액체는 순수 전해질일 수 있거나, 흐름 통로(418)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 양극액일 수 있다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(418)는 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(452)와 구멍(496, 492, 462, 489, 462, 492)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(418)에 물리적으로 연결되는 CCF(450)의 양극 생성물 순환 챔버(103)는 원래 흐름 통로(417)로부터 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 위로 양극액 액체로 공급된다. 양극 가스 생성물은 생성물 순환 챔버(103)에서 생성되고 구멍(493)으로 흘러 흐름 통로(416)에 진입한다. 잉여 반응 액체 양극액은 추가로 구멍(493)으로 흐르지만 채널(483)을 통해 인접한 구멍(492)(도 13a에 도시됨)으로 통과하여 궁극적으로 흐름 통로(418)에 진입하고, 여기서 단부 클램핑 플레이트(412)의 포트(452)에서 제거된다. 포트(452)로부터 제거된 반응된 양극액은 시스템으로 다시 재순환되기 전에 고갈된 염수를 농축하기 위해 염소 전기분해에서 수행되는 것처럼 농축될 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(419)는 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(457)와 구멍(495, 478, 463, 480, 463, 480)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(419)에 물리적으로 연결되는 음의 부호로 표시된 CCF(450)의 음극 생성물 순환 챔버(103)는 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 음극액 액체로 공급된다. 음극액 반응물 액체는 초기에 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(457)를 통해 흐름 통로(419)로 공급된다. 흐름 통로(419)로 입력되는 음극액은 순수한 전해질, 물, 또는 흐름 통로(420)로부터 제거되어 외부에서 처리된 재활용 음극액일 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(420)는 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(451)와 구멍(496, 489, 464, 492)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(420)에 물리적으로 연결되는 CCF(450)의 음극 생성물 순환 챔버(103)는 원래 흐름 통로(419)로부터 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 음극액 액체로 공급된다. 음극 가스 생성물은 생성물 순환 챔버(103)에서 생성되고 구멍(493)으로 흘러 흐름 통로(421)에 진입한다. 잉여 반응 액체 음극액은 추가로 구멍(493)으로 흐르지만 채널(483)을 통해 인접한 구멍(492)(도 13a에 도시됨)으로 통과하여 최종적으로 흐름 통로(420)로 진입하고, 여기서 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(451)에서 제거된다. 포트(451)로부터 제거된 반응된 음극액은 최종 생성물로서 외부에서 처리되거나 흐름 통로(419)를 통해 시스템으로 다시 재순환될 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(421)는 단부 클램핑 플레이트(434)의 포트(448)와 구멍(494, 488, 465, 493)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(421)에 물리적으로 연결되는 CCF(450)는 도 12에서 음의 부호로 표시된 바와 같이 음극으로 분극된다. 흐름 통로(421)는 흐름 통로(421)에 결합된 음극 CCF(450)의 순환 챔버(103)로부터 발생하는 음극 생성물(물 전기분해 또는 염소 전기분해의 경우 가스 생성물)을 개스킷 지지 피스(56)를 통해, 흐름 통로(421)로 공급되는 구멍(493) 내로 공급한다.

도 13a는 CCF의 하부 또는 하부 부분에 2개의 구멍(478 및 480) 및 CCF(450)의 상부 또는 상부 부분에 정의된 복수의 구멍(488, 489, 492 및 493)을 갖는 단일 CCF(450)를 도시한다. 구멍(488, 489, 492 및 493)은 측방향 크로스 부재에 연결된 제1 암 부분(481)으로부터 연장되는 스트럿에 의해 정의된다. 구멍(488)은 측면 암(55)의 일부에 의해 추가로 한정되고, 구멍(493)은 측면 암(51)의 일부에 의해 추가로 한정된다. 스트럿(487)의 갭 또는 개구(483)는 작동 중에 구멍(493)으로부터 액체 전해질이 구멍(492)으로 흐르도록 한다. 이 채널은 반응된 전해질이 구멍(493)에 들어갈 가스 생성물로부터 분리되도록 하여, 반응된 전해질 및 가스 생성물을 위한 2개의 분리된 인접한 생성물 전달 통로가 제공될 수 있다.

도 13b는 이제 전기활성 구조(44)가 부착된 CCF(450)를 도시한다.

도 14는 CCF의 적층 어레이, 보다 구체적으로 하나의 이중 CCF(550)를 둘러싸는 4개의 단일 CCF(450)의 조합을 사용하여 구축된 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(510)의 등각 분해도를 도시한다. 도 14의 임의의 라벨링되지 않은 부분은 예를 들어 분리기(28), 단부 개스킷(414), 개스킷(430), 개스킷 지지 피스(56), 순환 챔버(103) 및 반대 극성의 전기활성 구조(26 및 102)에 대해 이전에 설명되었다.

유니폴라 필터 프레스 전해조 장치(510)는 2개의 유니폴라 필터 프레스 셀을 포함하고; 제1 유니폴라 필터 프레스 셀에는 6개의 흐름 통로(516, 517, 518, 519, 520, 521)가 제공된다. 제2 유니폴라 필터 프레스 셀에는 또한 6개의 흐름 통로(522, 523, 524, 525, 526 및 527)가 제공된다. 제1 및 제2 유니폴라 필터 프레스 셀의 생성물 및 반응물은 물리적으로 분리되어 단부 클램핑 플레이트(512, 534) 내에서 혼합되지 않는다. 단일 CCF의 전기 전도성 탭(64)에 제공된 전원 입력에 의해 생성된 전류는 도 16에서 나중에 설명되는 바와 같이 이중 CCF(550)의 챔버를 가로질러 이동한다. 이 설계는 전기가 도 15a에서 332로 표시된 이중 CCF(550)의 중심축을 통해 중앙에서 "버스"되고, 이중 CCF(550)의 중심축(332)의 양쪽에 제공된 순환 챔버(103) 위에 장착된 전기활성 구조에 분배되도록 한다. 제1 및 제2 유니폴라 필터 프레스 셀 사이의 유일한 연결은 이중 CCF(550)이다.

왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면, 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(549)와 이중 CCF(550)의 구멍(494, 488, 460, 593)의 채널 형성 조합에 의해 흐름 통로(516)가 생성된다. 흐름 통로(516)에 연결된 CCF(550)의 측면은 도 14에서 양의 부호로 표시된 바와 같이 양극 분극된다. 도 14에 도시된 분극은 예시적인 것이며, 다른 실시예에서 반전될 수 있다. 흐름 통로(516)는 CCF(550)의 우측 순환 챔버(103)로부터 발생하는 양극 생성물(물 전기분해 또는 염소 전기분해의 경우 가스 생성물)을 개스킷 지지 피스(56)를 통해, 흐름 통로(516)로 공급되는 구멍(593)으로 공급한다. 양극 생성 가스 및 임의의 잔류 양극액(존재하는 경우)은 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 관형 포트(549)를 통한 추가 처리를 위해 흐름 통로(516)로부터 제거된다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(517)는 제1 단부 클램핑 플레이트(512)(제1 단부 개스킷(414)에 의해 가려짐)의 관형 포트와 CCF(550)의 애노드 분극된 측면의 구멍(495, 478, 461)(전기활성 구조에 의해 가려짐) 및 구멍(580)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 이중 CCF(550)의 양극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(580) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 양극액이 공급된다. 양극액 반응 액체는 처음에 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 가려진 관형 포트를 통해 흐름 통로(517)로 공급된다. 흐름 통로(517)로 입력되는 양극액 액체는 순수 전해질일 수 있거나, 또는 흐름 통로(518 또는 526)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 양극액일 수 있다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(518)는 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(555)와 구멍(496, 489, 462, 592)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(518)에 물리적으로 결합하는 CCF(550)의 양극 생성물 순환 챔버(103)는 원래 흐름 통로(517)로부터 구멍(580) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 양극액이 공급된다. 양극 가스 생성물은 생성물 순환 챔버(103)에서 생성되고 구멍(593)으로 흘러 흐름 통로(516)에 진입한다. 잉여 반응 액체 양극액은 추가로 구멍(593)으로 흐르지만 채널(583)을 통해 인접 구멍(592)(도 15a에 도시됨)으로 통과하여 궁극적으로 흐름 통로(518)에 진입하고, 여기서 이것은 제1 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(555)에서 제거될 것이다. 포트(555)로부터 제거된 반응된 양극액은 시스템으로 다시 재순환되기 전에 고갈된 염수를 농축하기 위해 염소 전기분해에서 수행되는 것처럼 농축될 수 있다. 가스는 또한 채널(583)을 통해 흐를 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(519)는 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(553), 단부 개스킷(414)의 가려진 구멍(495) 및 구멍(480, 463, 578, 463, 480)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 캐소드 단일 CCF(450)의 캐소드 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 피스를 통해 음극액이 공급된다. 음극액 반응물 액체는 초기에 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(553)를 통해 흐름 통로(519)로 공급된다. 흐름 통로(519)로 입력되는 음극액은 물일 수 있거나, 또는 흐름 통로(520 또는 524)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 음극액일 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면 흐름 통로(520)는 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(554)와 구멍(496, 492, 464, 589, 464, 492)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(520)에 물리적으로 연결되는 단일 CCF(450)의 음극 생성물 순환 챔버(103)는 원래 흐름 통로(519)로부터 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 부재를 통해 음극액 액체로 공급된다. 음극 가스 생성물은 생성물 순환 챔버(103)에서 생성되고 구멍(493)으로 흘러 흐름 통로(521)에 진입한다. 잉여 반응 액체 음극액은 추가로 구멍(493)으로 흐르지만 채널(483)을 통해 인접 구멍(492)(도 13a에 도시됨)으로 통과하여 최종적으로 흐름 통로(520)에 진입하며, 여기서 이것은 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(554)에서 제거될 것이다. 포트(554)로부터 제거된 반응된 음극액은 최종 생성물로서 외부에서 처리되거나, 또는 흐름 통로(519 또는 523)를 통해 시스템으로 다시 재순환될 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(521)는 제1 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(552)와 구멍(494, 493, 465, 588, 465, 493)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 음극으로 분극된 CCF(450)는 가스 음극 생성물을 개스킷 지지 부재(56)를 통해 구멍(493)으로 공급한 다음 흐름 통로(521)로 공급한다. 생성물 및 잔류 음극액(있는 경우)은 포트(552)에서 제거된다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(522)는 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(548)와 구멍(494, 488, 465, 573)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 이중 CCF(550)의 음극 분극 부분은 음극 순환 챔버(103)로부터 개스킷 지지 피스(56)를 통해 구멍(573)으로 가스 음극 생성물을 공급한 다음 흐름 통로(522)로 공급한다. 가스 캐소드 생성물 및 잔류 음극액(있는 경우)은 포트(548)에서 제거된다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(523)는 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(557)와 구멍(495, 478, 463, 560)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 이중 CCF(550)의 캐소드 부분의 캐소드 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(560) 및 대응하는 개스킷 지지 피스를 통해 음극액이 공급된다. 음극액 반응물 액체는 처음에 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(557)를 통해 흐름 통로(523)로 공급된다. 흐름 통로(523)로 입력되는 음극액은 물일 수 있거나, 또는 흐름 통로(520 또는 524)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 음극액일 수 있다.

오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면, 흐름 통로(524)는 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(551)와 구멍(496, 489, 464, 572)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(524)에 물리적으로 연결되는 이중 CCF(550)의 음극 생성물 순환 챔버(103)는 원래 흐름 통로(523)로부터 구멍(560) 및 그 상응하는 개스킷 지지 피스를 통해 위로 음극액이 공급된다. 음극 가스 생성물은 생성물 순환 챔버(103)에서 생성되고 구멍(573)으로 흘러 흐름 통로(522)에 진입한다. 잉여 반응 액체 음극액은 추가로 구멍(573)으로 흐르지만, 채널(563)을 통해 인접 구멍(572)(도 15a에 도시됨)으로 통과하여 궁극적으로 흐름 통로(524)에 진입하고, 여기서 제2 단부 클램핑 플레이트(534)의 포트(551)에서 제거될 것이다. 포트(551)로부터 제거된 반응된 음극액은 최종 생성물로서 외부에서 처리되거나, 또는 흐름 통로(519 또는 523)를 통해 시스템으로 다시 재순환될 수 있다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(525)는 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(556)와 구멍(495, 480, 461, 558, 461, 480)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 양극 단일 CCF(450)의 양극 생성물 순환 챔버(103)에는 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 피스를 통해 양극액이 공급된다. 양극액 반응 액체는 초기에 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(556)를 통해 흐름 통로(525)로 공급된다. 흐름 통로(525)로 입력되는 양극액 액체는 순수 전해질일 수 있거나, 또는 흐름 통로(526 또는 518)로부터 제거되고 외부에서 처리된 재활용 양극액일 수 있다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(526)는 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(546)와 구멍(496, 492, 462, 569, 462, 492)의 채널 형성 조합에 의해 생성된다. 흐름 통로(526)에 물리적으로 연결되는 단일 CCF(450)의 양극 생성물 순환 챔버(103)는 원래 흐름 통로(525)로부터 구멍(480) 및 대응하는 개스킷 지지 피스를 통해 위로 양극액 액체로 공급된다. 양극 가스 생성물은 생성물 순환 챔버(103)에서 생성되고 구멍(493)으로 흘러 흐름 통로(527)에 진입한다. 잉여 반응 액체 양극액은 추가로 구멍(493)으로 흐르지만 채널(483)을 통해 인접한 구멍(492)(도 13a에 도시됨)으로 통과하여 궁극적으로 흐름 통로(526)에 진입하고, 여기서 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(546)에서 제거된다. 포트(546)로부터 제거된 반응된 양극액은 고갈된 염수가 포트(556) 또는 흐름 통로(517)를 위한 관형 포트를 통해 시스템으로 다시 재순환되기 전에 고갈된 염수를 풍부하게 하기 위해 염소 전기분해에서 수행되는 것처럼 농축될 수 있다.

왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면, 흐름 통로(527)는 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 포트(547)와 구멍(494, 493, 460, 568, 460, 493)의 조합을 형성하는 채널에 의해 생성된다. 흐름 통로(527)에 결합된 단일 CCF(450)는 단일 CCF(450)의 순환 챔버(103)로부터 발생하는 양극 생성물(물 전기분해 또는 염소 전기분해의 경우 가스 생성물)이, 개스킷 지지 피스(56)를 통해, 흐름 통로(526) 내로 공급되는 구멍(493) 내로 양극 분극된 흐름 통로(527)로 공급된다. 이 양극 생성 가스 및 잔류 양극액 액체(있는 경우)는 제2 단부 클램핑 플레이트(512)의 관형 포트(547)를 통한 추가 처리를 위해 흐름 통로(527)로부터 제거된다.

도 12 및 도 14의 실시예는 액체 반응 양극액 및 음극액으로부터 가스 생성물을 효율적으로 분리하는 추가적인 생성물 전달 통로의 관점에서 염소 전기분해에 특히 바람직하다. 가스 생성물 출력으로부터 반응된 양극액 및 음극액의 추가적인 분리는 염소 전기분해에서 특히 바람직한데, 반응된 음극액(수산화나트륨)은 외부에서 희석되어 더 많은 수산화나트륨이 생성되는 음극액 입력으로 다시 펌핑될 수 있는 독립적인 생성물로서 필요하기 때문이다.

도 12 및 도 14의 실시예는 또한 알칼리 수 전기분해에 바람직하다. 이 유니폴라 필터 프레스 전해조 실시예에 대한 모든 잠재적 적용에서와 같이, 제공되는 추가 전달 통로를 통해 전해조 설계자는 작동 및 제어 방법과 반응된 전해질을 처리 및 관리하는 방법에 있어 추가적인 유연성을 얻을 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 2개의 하향 순환 프레임(하나는 양극, 하나는 음극)이 도 12 및 도 14의 실시예에 제공되어 적절한 출구 경로로부터 적절한 입구 경로로 반응된 전해질의 내부 재순환을 용이하게 할 수 있다.

도 15a는 도 13a의 단일 CCF(450)의 이중 CCF(550) 실시예를 도시하며, 여기에서 중앙 프레임 부재(332)의 양측에 있는 상부 및 하부 통로는 서로 거울상이다. 도 15b는 전기활성 구조(44)가 부착된 CCF(550)를 도시한다.

추가 전달 통로가 있는 CCF의 다른 실시예에서(즉, 도 2 및 도 7에 도시된 유니폴라 전기화학 셀 프레스당 4개의 전달 통로보다 많음), 도 13 내지 도 15에 도시된 것과 다른 양의 추가적인 전달 통로가 적용에 의해 필요에 따라 제공될 수 있다.

예를 들어, 일 실시예는 스트럿(486)이 제거된 도 13a와 유사한 단일 CCF를 포함하여 하나의 구멍을 생성하기 위해 구멍(492 및 489)을 병합한다. 단일 필터 프레스 전기화학 셀을 형성하기 위해 적용될 때, 도 12에서와 같이, 음극액과 양극액은 CCF(450)가 도시된 곳에 배치될 때 이 실시예의 프레임을 빠져나갈 때 혼합될 것이다. 앞서 논의한 바와 같이, 양극액과 음극액을 혼합하면 원하는 전해질 농도를 복원하기 위해 알칼리성 물 전기분해에 유리할 수 있다.

유사하게, 또 다른 예시적인 실시예는 도 15a와 유사한 이중 CCF를 포함하고, 여기서 스트럿(586 및 566)은 순환 챔버(103)를 빠져나갈 때 양극액 및 음극액 혼합의 동등한 효과를 달성하기 위해 제거된다. CCF는 기본 전기화학 공정에 적합한 경우 다른 양의 전달 통로로 설계될 수 있다.

현재 설명된 임의의 전도성 특징부의 임의의 실시예(전도성 스트럿, 창, 얇은 전도성 스트럿, 아치형 전도성 스트럿 등)가 하나의 CCF의 순환 챔버 내에서 결합될 수 있음에 주목한다. 예를 들어, 하나의 CCF(단일 또는 이중)에는 창과 전도성 스트럿이 모두 제공되거나, 또는 여러 개의 전도성 스트럿과 하나의 창이 제공될 수 있다. 현재 설명된 전도성 특징의 임의의 다른 조합이 추가로 사용될 수 있다. 또한, 임의의 그러한 실시예는 다음을 포함할 수 있다: 유체의 통과를 허용하는 상기 전도성 특징부 내의 임의의 형태의 하나 이상의 관통 채널, 상기 전도성 특징부는 유체의 통과를 허용하기 위해 특징부 상의 임의의 위치에서 깊이(103A)에 비해 두께가 감소될 수 있고, 상기 전도성 특징부는 상방 또는 하방으로 기울어지거나 유체역학적 흐름을 위한 임의의 유익한 배향 또는 형상으로 달리 조정될 수 있거나, 또는 상기의 임의의 조합을 갖는 실시예에서 제공될 수 있다. CCF의 환경 조건에 적합하도록 특징의 낮은 증분 비용 맞춤화를 달성하는 능력은 본 발명의 핵심 측면이다.

또한, 주어진 필터 프레스 내에서 사용되는 CCF는 동일할 필요가 없다. 예를 들어, CCF의 주어진 필터 프레스 스택은 모두 동일한 스택 내에 존재하는 순환 챔버, 창, 전도성 스트럿 또는 이들의 조합에 특징이 없는 CCF 실시예를 포함할 수 있다. 또한, CCF 프레임의 형상은 외부 프레임의 모서리 및/또는 그 안의 구멍이 둥글게 되거나 또는 달리 형상이 조정되도록 조정될 수 있다.

알칼리수 전기분해 및 염소 전기분해의 바람직한 적용을 넘어, 본 명세서에 개시된 다양한 CCF 실시예에 기초한 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치가 사용될 수 있는 많은 다른 가능한 전기화학 공정이 있다.

본 개시내용 전체에 걸쳐 논의된 바와 같이, 본 CCF는 전적으로 CCF-타입 전류 캐리어 및 프레임에 기초한 전기화학 장치를 생성하는 데 사용될 수 있지만, CCF는 또한 교체 부품이 필요한 다른 전기화학 장치에 맞게 조정될 수 있다.

규모에 맞게 확장된 조합된 단일-이중 CCF 시스템

도 16a는 도 2의 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 가장 안쪽 구성요소 및 가장 안쪽 구성 요소 및 전기활성 구조에 대한 결과적인 전류 경로의 단순화된 하향식 도면을 도시하고(도 12의 가장 안쪽 구성요소는 또한 이 도면으로부터 동등하게 거동할 것임), 특히 전기 전도성 생성물 생성 전기활성 구조에 평행하게 그리고 내부에서 이동하는 전류를 예시한다. 도 16a에서 전류는 왼쪽(+ 기호로 표시됨)에서 장치로 들어가고, 중간 CCF(20)를 통해 중앙 유니폴라 CCF(20)의 어느 한 면에 부착된 전도성 전기활성 구조(102)로 이동한다. 전기활성 구조(102)에 제공된 화살표는 "왼쪽"에서 전기활성 구조를 가로질러 병렬로 흐르는 장치를 통과하는 전류의 경로를 나타내며, 여기서 전원 입력은 "오른쪽"으로 제공된다. 전류는 하전된 이온의 형태로 분리기(28)를 통해 이동한다. 분리기(28)는 이전 조립 도면의 분해된 형태로 도시된 것이 아니라 도 16에서 밀봉 및 전기 절연 개스킷(30)의 중앙 구멍 내로 압축된 것으로 도시되어 있다. 외부 2개의 음극 CCF(21)은 전도성 전기활성 구조(26)가 부착된 도 2에 도시되고 설명된 CCF(21)에 해당한다. 도 16a에 도시된 필터 프레스 스택 조립체는 3개의 CCF와 함께 도시되어 있고, 단일 CCF를 사용하는 이 필터 프레스 구성은 이러한 추가적인 CCF가 도 16a의 중간 CCF에 도시된 바와 같이, CCF의 대향 측면에 부착된 전기활성 구조(102 또는 26)(극성에 따라 + 또는 -)를 갖는 상태로 스택의 끝에 위치한 2개의 CCF(21) 사이에 교류 극성의 CCF(20)와 유사한 많은 유니폴라 CCF를 삽입함으로써 종 방향으로 확장될 수 있음이 이해될 것이다.

도 16b는 도 7에 도시된 유니폴라 필터 프레스 전기화학 장치의 가장 안쪽 구성요소 및 가장 안쪽 구성 요소 및 전기활성 구조에 대한 결과적인 전류 경로의 단순화된 하향식 도면을 도시하고(도 14의 가장 안쪽 구성요소는 또한 이 도면으로부터 동등하게 거동할 것임), 특히 생성물 생성 전기활성 구조에 평행하게 이동하는 전류를 예시한다. 도 16a와 유사하게, 전류는 시스템의 측면에서 제공되고, 그 다음 좌측의 단일 CCF(50)로 제공되고(이 CCF는 양의 극성에 대해서만 전술한 바와 같이 모노폴라 CCF(21)와 실질적으로 동일함), 왼쪽에서 오른쪽으로 양극 전기활성 구조(102)에 평행하게 이동하고, 분리기(28)를 가로질러 도 8a에 도시된 중앙 이중 CCF(350)의 음극 부분으로 이동한다. 음극 부분의 전류는 도 16b에 도시된 바와 같이 "왼쪽에서 오른쪽으로" 전극 구조를 가로질러 계속 이동하지만, 그러나 전류는 또한 CCF 자체의 상부와 하부를 가로질러 그리고 이전에 도시된 바와 같이 CCF(350)의 중앙 프레임 부재(332)를 통해 제공된다. 중앙 프레임 부재(332)를 통해 제공된 전류는 오른쪽의 분리기(28)를 가로질러 이중 CCF(350)의 양극 부분으로 연장되고, 최종적으로 가장 오른쪽 음극 단일 CCF(50)에 도달한다.

도 16b는 전기적으로 병렬로 구성된 유니폴라 필터 프레스 전해조 전기화학 장치를 통과하는 전류 경로를 효과적으로 요약한 것이다. 도 16b에 묘사된 필터 프레스 스택 조립체는 하나의 이중 CCF(350)이 있는 것으로 표시되지만, 그러나 이중 CCF를 사용하는 이 필터 프레스 구성은 이러한 추가 이중 CCF가 도 16b의 중간 이중 CCF에 도시된 바와 같이, 추가 이중 CCF의 대향 측면에 부착된 전기활성 구조(102 또는 26)(극성에 따라 + 또는 -)를 갖는 상태로 스택의 끝에 위치한 4개의 단일 CCF(50) 사이에 교차 극성의 이중 CCF(350)를 삽입함으로써 종 방향으로 확장될 수 있음이 이해될 것이다. 필터 프레스 스택 조립체는 도 16c에 도시되고 설명된 바와 같이 위도 방향으로 더 확장될 수 있다. 조립체의 비-제한적인 부품(분리기, 개스킷, 마스크)도 스케일링 중에 이전에 설명한 목적을 위해 가로 및 세로 방향으로 적용되어야 한다.

도 16c는 특히 상기 구성요소의 추가 복제물이 단일 조립체에서 2개보다 많은 셀 스택을 제공하기 위해 장치에 추가될 수 있음을 보여주고; 장치를 세로 및 가로로 확장하고, 낮은 증분 비용으로 생성물 출력을 높이는 부품 도 8a 및 도 3a(또는 동등하게 도 13a 및 도 15a)의 조합에 기초하여, 본 발명에 따른 다중 유니폴라 셀 전해조 필터 프레스 블록의 실시예의 가장 안쪽 구성요소의 단순화된 평면도를 도시한다. 함께 적용된 이중 CCF 및 단일 CCF의 조합을 보여주는 도 7 및 도 14에 이전에 도시된 스택은 2개의 유니폴라 셀을 포함하는 것으로 설명되며, 3개의 CCF는 필터 프레스 스택에 종방향으로 제공된다. 따라서 도 16c의 단순화된 CCF 조립체는 3개의 전기화학 셀을 포함하고, 각각의 셀은 도 16c에서 셀 1, 셀 2 및 셀 3을 묘사하는 파선으로 표시된 바와 같이 그 안에 7개의 CCF를 포함한다.

도 16c의 조립체는 도면의 오른쪽에 위치한 음극(음수 부호로 표시됨) "단일 CCF"(50)를 추가 "이중 CCF"(350)로 교체하고 원하는 양의 전기화학 셀이 조립체에 제공될 때까지 이러한 교대 패턴을 계속함으로써 3개 이상의 전기화학 셀을 포함하도록 측방향으로 쉽게 확장될 수 있고, 이 시점에서 말단 캐소드 단일 CCF(50)는 현재 도 16c의 오른쪽 컬럼에 도시된 바와 같이 적용될 것이다. 도 16c의 조립체는 도 16a의 스택에서와 같이 종방향으로 더 확장될 수 있을 뿐만 아니라 2차원 확장성을 제공할 수 있다. 셀 블록이 제공되는 공간의 사용 가능한 높이 외에 ― CCF의 수직 높이에 대한 제약이 없다는 점을 감안할 때, 실제로 셀 블록은 전기적 구성을 종방향으로 병렬로 유지하고 측방향으로 직렬로 스케일링하면서 3차원 모두에서 확장 가능하다. 논의된 바와 같이, 종방향 및 위도 스케일링에는 비례하는 개수의 개스킷, 마스크 및 분리기가 추가로 필요하다. 이러한 확장 기능을 통해 고전류 및 고 DC 총 전압 배열을 모두 만들 수 있다. 따라서, 고출력 DC 전류 및 고출력 DC 전압을 제공하는 능력에 의해서만 제한되는 단일 전력 조절 장비는 전기 화학 플랜트를 구성하는 단일 전기 회로의 최대 총 전력 등급을 결정한다.

추가로, 이전에 논의된 바와 같이, 단부 조립체에 인접하게 위치된 CCF는 하나의 내부 전기활성 구조를 갖는 모노폴라 구성으로 제공된다(도 16c에 도시된 바와 같음). 단부 조립체를 직접 향하는 단자 CCF의 반대쪽에 있는 제2 전기활성 구조는 필요하지 않다.

따라서, 현재 개시된 단일 및 이중 CCF 실시예는 결과적인 유니폴라 필터 프레스 셀 블록을 스케일링할 수 있다는 점에서 매우 유용하고 유리하다는 것을 알 수 있다.

이 설명은 예시적이며 본 발명 또는 그 적용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 설명에 언급된 특정 부품 또는 부품 번호는 기능적으로 동등한 것으로 대체될 수 있다.

Claims (77)

1. 유니폴라 전기 화학 장치에 사용하기 위한 조합된 전기 전도성 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임으로서,
   유니폴라 배열로 배치된 한 쌍의 대향하는 이격된 전기활성 구조를 지지하도록 구성된 원피스 일체형으로 형성된 강성 지지 프레임을 포함하고, 상기 강성 지지 프레임은 전기 전도성이고 한 쌍의 전기활성 구조에 전류를 전달할 수 있고, 상기 강성 지지 프레임은:
   제1 및 제2 대향면 사이에 연장되는 순환 챔버를 수용하기에 충분한 강성 지지 프레임의 두께를 정의하는 제1 및 제2 대향면,
   이격된 대향 제1 및 제2 측면 암 및 상기 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되는 제1 및 제2 측방향 크로스 부재;
   상기 제2 및 제1 측면 암 및 상기 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착된 제1 내부 프레임 부재 ― 상기 제1 내부 프레임 부재는 제1 채널 정의 구멍을 정의하기 위해 제2 및 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력함 ― ;
   상기 제2 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 상기 제1 및 제2 측면 암 사이에 배치된 제2 채널 정의 구멍;
   상기 제1 및 제2 측면 암 및 상기 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착되는 제2 내부 프레임 부재 ― 상기 제2 내부 프레임 부재는 제3 채널 정의 구멍을 정의하기 위해 상기 제1 및 제2 측면 암 및 상기 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력함 ― ;
   제1 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제1 및 제2 측면 암 사이에 배치된 제4 채널 정의 구멍;
   전해질, 생성물 및 반응물의 순환을 위해 강성 지지 프레임 내에 일체로 형성된 순환 챔버 ― 상기 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제2 내부 프레임 부재 및 제1 및 제2 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장됨 ― 를 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
2. 제1항에 있어서,
   제1 내부 프레임 부재는 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제1 대체로 L자형 부재이고; 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 및 제1 측면 암 중 하나에 부착되고, 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제2 측방향 크로스 부재에 부착되며;
   제2 내부 프레임은 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제2 대체로 L자형 부재이고; 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 및 제2 측면 암 중 하나에 부착되고, 제2 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제1 측방향 크로스 부재에 부착되며;
   순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분 및 제1 및 제2 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
3. 제2항에 있어서,
   제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 측면 암에 부착되고;
   제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
4. 제2항에 있어서,
   제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되고;
   제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
5. 제1항에 있어서, 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 해제 가능하게 분리 가능한 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 각각 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재가 제1 및 제2 측면 암과 물리적 및 전기적 접촉을 하도록 제1 및 제2 측면 암에서 상보적인 형상 및 구성되는 리셉터클에 삽입될 수 있도록 형상 및 구성되는 대향 단부를 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
7. 제1항에 있어서,
   제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성되고;
   상기 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임은 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성된 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 연장되고 이와 전기 접촉하는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고; 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암 중 다른 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
8. 제7항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치 내에서 작동할 때 순환 챔버에서 가스 흐름의 방향에 대응하도록 위쪽 배향으로 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 각도를 이루어 배치되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
9. 제8항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 일반적으로 형상이 아치형인, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
10. 제8항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는: (a) 연속적인 아치형; (b) 평면 베벨; (c) 아치형 베벨; (d) 다각형; 또는 (e) 일반적으로 둥근형으로 구성된 그룹에서 선택된 형상을 갖는 팁을 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
11. 제1항에 있어서, 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암과 물리적 및 전기적 접촉을 하고 이와 일체로 형성되며, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 통해 또는 그 주위에서 액체 및 가스의 통과를 허용하도록 구성되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
12. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 강성 지지 프레임의 두께보다 작은 길이의 적어도 한 부분을 따라 제1 두께를 각각 갖고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암과 물리적 및 전기적으로 접촉하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
13. 제12항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 가로 부재를 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 가로 부재의 두께는 제1 두께에 해당하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
15. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 가로 부재는 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
16. 제2항에 있어서,
    제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재;
    그의 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조 ― 상기 제1 전기활성 구조는 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장됨 ― ; 및
    그의 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조 ― 상기 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장됨 ― 를 더 포함하고,
    상기 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임은 유니폴라 전기 화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전력이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고;
    각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 전기활성 구조를 통해 한 측면에서 다른 측면으로 통과할 수 있도록 구멍이 내부에 형성되어 있으며;
    하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 각각의 전기활성 구조와 협력하여 제1 두께를 갖는 하나 이상의 측방향 크로스 부재의 길이의 적어도 일부를 따른 위치에 형성된 측면 암에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 채널을 정의하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
17. 제1항에 있어서, 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고; 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일한 길이의 대부분을 따라 제1 두께를 각각 갖고, 강성 지지 프레임의 두께보다 작은 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 제2 두께를 생성하는 내부에 정의된 적어도 하나의 리베이트가 제공되고; 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암과 물리적 및 전기적으로 접촉하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
18. 제1항에 있어서, 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 길이를 따라 이격되고 강성 지지 프레임의 면들 중 적어도 하나를 향해 돌출하는 하나 이상의 전도성 채널 정의 형상을 갖고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 두께는 하나 이상의 전도성 채널 정의 형상의 위치에서 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일한, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
19. 제1항에 있어서, 제1 측면 암과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 전해질, 생성물 및 반응물의 흐름을 허용하기 위해 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 길이를 따라 관통 연장되는 하나 이상의 관통 홀을 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
20. 제2항에 있어서, 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 측면 암 사이에서 연장되는 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재를 더 포함하고; 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재는 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치 내에서 작동할 때 전해질, 생성물 및 반응물이 통과할 수 있도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
21. 제20항에 있어서, 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리 가능한, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
22. 제20항에 있어서, 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임과 일체로 형성되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
23. 제2항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제2 측면 암 사이에서 연장되는 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재를 더 포함하고; 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치 내에서 작동할 때 전해질, 생성물 및 반응물이 통과할 수 있도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
24. 제23항에 있어서, 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리 가능한, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
25. 제23항에 있어서, 상기 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임과 일체로 형성되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
26. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 면의 일부는 순환 챔버에 인접한 제1 및 제2 측면 암의 마진을 따라 리세스되어 한 쌍의 전기활성 구조가 순환 챔버 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있게 하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
27. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전력 도체가 부착될 수 있는 상기 측면 암으로부터 외측으로 연장되는 전기 전도성 탭을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
28. 제27항에 있어서, 전기 전도성 탭에는 부착 가능한 전력 전도체와 강성 지지 프레임 사이의 전기적 연결을 개선하기 위해 톱니 형상이 제공되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
29. 제27항에 있어서, 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성되고, 제1 및 제2 측면 암 중 하나는 외부 전기 연결 메커니즘을 호스팅하기 위해 제1 및 제2 측면 암 중 하나에 형성된 홀을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
30. 제1항에 있어서, 강성 지지 프레임에는 강성 지지 프레임의 질량을 감소시키기 위한 컷아웃이 제공되며, 상기 컷아웃은 제1 측면 암, 제2 측면 암, 제1 측방향 크로스 부재 및 제2 측방향 크로스 부재 중 임의의 하나 또는 조합에 정의되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
31. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2 측면 암 중 하나는 전원으로부터 전력을 수신하도록 구성되고;
    상기 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임은:
    전원으로부터 전력을 수신하도록 구성된 제1 및 제2 측면 암 중 하나로부터 연장되고 이와 전기 접촉하는 하나 이상의 제1 중간 측방향 크로스 부재 ― 하나 이상의 측방향 제1 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암 중 다른 하나로부터 미리 선택된 거리에서 종료됨 ― ;
    제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되고 이들과 물리적 및 전기적 접촉하는 하나 이상의 제2 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
32. 제1항 내지 제15항 및 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조 ― 상기 제1 전기활성 구조는 제1 및 제2 내부 프레임 부재와 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장됨 ― ; 및
    제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조 ― 상기 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 내부 프레임 부재와 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장됨 ― 를 더 포함하고,
    상기 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전력이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고;
    각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 한 측면에서 다른 측면으로 전기활성 구조를 통과할 수 있도록 구멍이 내부에 형성되어 있는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
33. 제2항에 있어서,
    전원으로부터 전력을 수신하도록 구성된 제1 및 제2 측면 암 중 적어도 하나로부터 연장되고 이들과 전기 접촉하는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재;
    제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조 ― 상기 제1 전기활성 구조는 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장됨 ― ; 및
    제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조 ― 상기 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장됨 ― 를 더 포함하고,
    상기 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전력이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고;
    각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 전기활성 구조를 통해 한 측면에서 다른 측면으로 통과할 수 있도록 구멍이 내부에 형성되어 있고;
    하나 이상의 측방향 중간 크로스 부재는 하나 이상의 측방향 중간 크로스 부재와 각각의 전기활성 구조 사이에서 전해질, 생성물 및 반응물의 통과를 허용하도록 구성되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
34. 제1항에 있어서, 강성 지지 프레임은 일반적으로 직사각형 형상, 높이 및 폭을 가지며; 강성 지지 프레임의 높이는 그 폭보다 큰, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
35. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 채널 정의 구멍을 정의하기 위해 제1 채널 정의 구멍을 세분하기 위해 제2 측방향 크로스 부재를 연결하기 위해 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암으로부터 연장되는 하나 이상의 스트럿을 더 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
36. 제35항에 있어서, 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암은 액체가 제1 채널 정의 구멍으로부터 제2 채널 정의 구멍으로 흐르도록 하는 적어도 하나의 통과점을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
37. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 측면 암 중 적어도 하나에 형성되는 복수의 타이 로드 홀을 더 포함하고, 복수의 타이 로드 홀은 유니폴라 전기 화학 장치에서 강성 지지 프레임과 다른 강성 지지 프레임 부재의 정렬을 용이하게 하기 위해 타이 로드를 수용하도록 구성되는, 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임.
38. 유니폴라 전기화학 장치에서 사용하기 위한 조합된 전기 전도성 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임으로서:
    유니폴라 배열로 배치된 두 쌍의 대향하는 이격된 전기활성 구조를 지지하도록 구성된 원피스 일체형으로 형성된 강성 지지 프레임 ― 상기 강성 지지 프레임은 전기 전도성이고 전류를 전기활성 구조의 쌍으로 전달할 수 있음 ― 을 포함하고, 상기 강성 지지 프레임은:
    제1 및 제2 대향면 사이에 연장되는 이중 순환 챔버를 수용하기에 충분한 강성 지지 프레임의 두께를 정의하는 제1 및 제2 대향면,
    이격된 대향하는 제1 및 제2 측면 암, 상기 제1 및 제2 측면 암과, 상기 제1 및 제2 측면 암 사이에서 연장되는 제1 및 제2 측방향 크로스 부재 사이에 배치되고 이들로부터 이격된 중앙 암;
    제1, 제2, 제3 및 제4 내부 프레임 부재를 갖고,
    상기 제1 및 제3 내부 프레임 부재는 중앙 암의 대향 측면에서 제2 측방향 크로스 부재에 인접하게 배치되며;
    상기 제2 및 제4 내부 프레임 부재는 중앙 암의 대향 측면에서 제1 측방향 크로스 부재에 인접하게 배치되며;
    제1 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제2 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착되고; 제1 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제2 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력하여 제1 채널 정의 구멍을 정의하고;
    제2 내부 프레임 부재는 제2 측면 암, 중앙 암 및 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착되고; 제2 내부 프레임 부재는 제2 측면 암, 중앙 암 및 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력하여 제2 채널 정의 구멍을 정의하며;
    제3 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착되고; 제3 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제1 측면 암 및 제2 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나와 협력하여 제3 채널 정의 구멍을 정의하며;
    제4 내부 프레임 부재는 중앙 암, 제1 측면 암 및 제1 측방향 크로스 부재 중 적어도 하나에 부착되고; 제4 내부 프레임 부재는 제1 측면 암, 중앙 암 및 제1 측면 암 중 적어도 하나와 협력하여 제4 채널 정의 구멍을 정의하며;
    제5, 제6, 제7 및 제8 채널 정의 구멍을 포함하고, 제5 채널 정의 구멍은 제2 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제2 측면 암과 중앙 암 사이에 배치되고; 제6 채널 정의 구멍은 제2 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 중앙 암과 제1 측면 암 사이에 배치되며; 제7 채널 정의 구멍은 제1 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 제2 측면 암과 중앙 암 사이에 배치되며; 제8 채널 정의 구멍은 제1 측방향 크로스 부재 근처에 그리고 중앙 암과 제1 측면 암 사이에 배치되며;
    전해질, 생성물 및 반응물의 순환을 위해 강성 지지 프레임 내에 일체로 형성된 제1 및 제2 순환 챔버를 포함하고; 제1 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제1 및 제3 내부 프레임 부재, 및 제2 측면 암 및 중앙 암의 내부 에지 사이에서 연장되고; 제2 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 및 제2 면, 제2 및 제4 내부 프레임 부재 및 중앙 암 및 제1 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
39. 제38항에 있어서,
    제1 내부 프레임 부재는 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제1 대체로 L자형 부재이고; 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 중앙 암 및 제2 측면 암 중 하나에 부착되고, 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제2 측방향 크로스 부재에 부착되며;
    제2 내부 프레임 부재는 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제2 대체로 L자형 부재이고; 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 측면 암 및 중앙 암 중 하나에 부착되고, 제2 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제1 측방향 크로스 부재에 부착되며;
    제3 내부 프레임 부재는 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제3 대체로 L자형 부재이고; 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 중앙 암과 제1 측면 암 중 하나에 부착되고, 제3 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제2 측방향 크로스 부재에 부착되며;
    제4 내부 프레임 부재는 서로 결합된 제1 및 제2 암 부분을 갖는 제4 대체로 L자형 부재이고; 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암 및 중앙 암 중 하나에 부착되고, 제4 대체로 L자형 부재의 제2 암 부분은 제1 측방향 크로스 부재에 부착되며;
    제1 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 면과 제2 면, 제1 및 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 및 제2 측면 암과 중앙 암의 내부 에지 사이에서 연장되며;
    제2 순환 챔버는 강성 지지 프레임의 제1 면과 제2 면, 제2 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 및 중앙 암과 제1 측면 암의 내부 에지 사이에서 연장되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
40. 제39항에 있어서,
    제1 및 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제2 측면 암에 부착되고;
    제2 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
41. 제39항에 있어서,
    제1 및 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되고;
    제2 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분은 제1 측면 암에 부착되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
42. 제38항에 있어서, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 해제 가능하게 분리 가능 한 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
43. 제42항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 각각 하나 이상의 측방향 크로스 부재가 제1 및 제2 측면 암 중 하나 및 중앙 암과 물리적 및 전기적으로 접촉하도록 제1 및 제2 측면 암 및 중앙 암 중 하나의 상보적인 형상 및 구성되는 리셉터클에 삽입될 수 있도록 형상 및 구성되는 대향 단부를 갖는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
44. 제38항에 있어서, 상기 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임은 중앙 암으로부터 연장되고 중앙 암과 전기적으로 접촉하는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고; 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 그에 대향하는 측면 암으로부터 미리 선택된 거리에서 종료되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
45. 제44항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치 내에서 작동할 때 제1 및 제2 순환 챔버 중 하나에서 가스 흐름의 방향에 대응하도록 상향 배향으로 중앙 암으로부터 각도를 이루어 배치되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
46. 제45항에 있어서, 상기 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 일반적으로 아치형 형상인, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
47. 제45항에 있어서, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는: (a) 연속적인 아치형; (b) 평면 베벨; (c) 아치형 베벨; (d) 다각형; 또는 (e) 일반적으로 둥근형으로 구성된 그룹에서 선택된 형상을 갖는 팁을 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
48. 제38항에 있어서, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 중앙 암 및 제1 및 제2 측면 암 중 하나와 물리적 및 전기적으로 접촉하고 이와 일체로 형성되며, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 통해 또는 그 주위에서 액체 및 가스의 통과를 허용하도록 구성되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
49. 제38항에 있어서, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 강성 지지 프레임의 두께보다 작은 길이의 적어도 한 부분을 따라 제1 두께를 각각 갖고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 중앙 암 및 제1 및 제2 측면 암 중 하나와 물리적 및 전기적 접촉 상태에 있는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
50. 제39항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 전기활성 구조 및 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고,
    제1 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되고, 제2 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되며, 각각의 제1 및 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 제2 측면 암 및 중앙 암 사이에서 연장되고;
    제3 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되고, 제4 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되며, 각각의 제3 및 제4 전기활성 구조는 제3 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 중앙 암 및 제1 측면 암 사이에서 연장되고;
    조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기 화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전원이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고, 제3 및 제4 전기활성 구조는 동일한 극성이며; 제1 및 제2 전기활성 구조의 극성은 제3 및 제4 전기활성 구조의 극성과 반대이고;
    각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 전기활성 구조를 통해 한 측면에서 다른 측면으로 통과할 수 있도록 내부에 구멍이 형성되어 있으며;
    하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 각각의 전기활성 구조와 협력하여 제1 두께를 갖는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 길이의 적어도 하나의 부분을 따른 위치에 형성된 중앙 암에 실질적으로 평행한 적어도 하나의 채널을 정의하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
51. 제38항에 있어서, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고; 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일한 길이의 대부분을 따라 제1 두께를 각각 갖고, 강성 지지 프레임의 두께보다 작은 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 제2 두께를 생성하는 내부에 정의된 적어도 하나의 리베이트를 더 포함하고; 하나 이상의 측방향 크로스 부재는 제1 및 제2 측면 암 중 하나와 물리적 및 전기적 접촉 상태에 있는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
52. 제38항에 있어서, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 길이를 따라 이격되고 그로부터 강성 지지 프레임의 면들 중 하나를 향해 돌출하는 하나 이상의 전도성 채널 정의 형상을 갖고, 상기 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 두께는 하나 이상의 전도성 채널 정의 형상의 위치에서 강성 지지 프레임의 두께와 실질적으로 동일한, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
53. 제38항에 있어서, 중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고, 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 전해질, 생성물 및 반응물의 흐름을 허용하기 위해 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재의 길이를 따라 관통 연장되는 하나 이상의 관통 홀을 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
54. 제39항에 있어서, 개스킷 지지 부재를 정의하는 제1 및 제2 채널을 더 포함하고; 제1 채널 정의 개스킷 지지 부재는 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제2 측면 암 사이에서 연장되고; 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 제3 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 측면 암 사이에서 연장되고; 제1 및 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재 각각은 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치 내에서 작동할 때 전해질, 생성물 및 반응물이 통과할 수 있도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
55. 제54항에 있어서, 제1 및 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리 가능한, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
56. 제55항에 있어서, 제1 및 제2 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임과 일체로 형성되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
57. 제54항에 있어서, 제3 및 제4 채널 정의 개스킷 지지 부재를 더 포함하고, 제3 채널 정의 개스킷 지지 부재는 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제2 측면 암 사이에서 연장되고; 제4 채널 정의 개스킷 지지 부재는 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분과 제1 측면 암 사이에서 연장되고; 제3 및 제4 채널 정의 개스킷 지지 부재 각각은 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기화학 장치 내에서 작동할 때 전해질, 생성물 및 반응물이 통과할 수 있도록 구성된 하나 이상의 관통 채널을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임,
58. 제57항에 있어서, 제3 및 제4 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임으로부터 해제 가능하게 분리 가능한, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
59. 제57항에 있어서, 제3 및 제4 채널 정의 개스킷 지지 부재는 강성 지지 프레임과 일체로 형성되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
60. 제38항에 있어서, 제1 및 제2 면의 일부는 중앙 암과 상기 제1 및 제2 순환 챔버 각각에 인접한 제1 및 제2 측면 암의 마진을 따라 리세스되어, 전기활성 구조의 쌍이 순환 챔버 내에 적어도 부분적으로 위치될 수 있도록 하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
61. 제38항에 있어서, 강성 지지 프레임에는 강성 지지 프레임의 질량을 감소시키기 위한 컷아웃이 제공되며, 상기 컷아웃은 제1 측면 암, 제2 측면 암, 제1 측방향 크로스 부재, 및 제2 측방향 크로스 부재 중 임의의 하나 또는 조합에 정의되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
62. 제38항에 있어서,
    중앙 암으로부터 연장되고 중앙 암과 전기적으로 접촉하는 하나 이상의 제1 측방향 중간 크로스 부재 ― 하나 이상의 측방향 중간 제1 크로스 부재는 그에 대향하는 측면 암으로부터 미리 선택된 거리에서 종료됨; 및
    중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되고 이들과 물리적 및 전기적 접촉하는 하나 이상의 제2 측방향 크로스 부재를 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
63. 제38항 내지 제48항 및 제51항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 전기활성 구조를 더 포함하고,
    상기 제1 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되고, 제2 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되며, 각각의 제1 및 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 내부 프레임 부재, 제2 측면 암 및 중앙 암 사이에서 연장되고;
    제3 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되고, 제4 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되며, 각각의 제3 및 제4 전기활성 구조는 제3 및 제4 내부 프레임 부재, 중앙 암 및 제1 측면 암 사이에서 연장되고;
    조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기 화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전원이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고 제3 및 제4 전기활성 구조는 동일한 극성이며; 제1 및 제2 전기활성 구조의 극성은 제3 및 제4 전기활성 구조의 극성과 반대이고;
    각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 한 측면에서 다른 측면으로 전기활성 구조를 통과할 수 있도록 내부에 구멍이 형성되어 있는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
64. 제39항에 있어서,
    중앙 암과 제1 및 제2 측면 암 중 하나 사이에서 연장되는 하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재를 더 포함하고;
    제1 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되고, 제2 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되며, 각각의 제1 및 제2 전기활성 구조는 제1 및 제2 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 제2 측면 암 및 중앙 암 사이에서 연장되고;
    제3 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되고, 제4 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 강성 지지 프레임에 부착되며, 각각의 제3 및 제4 전기활성 구조는 제3 및 제4 대체로 L자형 부재의 제1 암 부분, 중앙 암 및 제1 측면 암 사이에서 연장되고;
    조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임이 유니폴라 전기 화학 장치에 작동 가능하게 연결되고 전원이 인가될 때, 제1 및 제2 전기활성 구조는 동일한 극성이고, 제3 및 제4 전기활성 구조는 동일한 극성이며; 제1 및 제2 전기활성 구조의 극성은 제3 및 제4 전기활성 구조의 극성과 반대이고;
    각각의 전기활성 구조는 액체 및 가스가 전기활성 구조를 통해 한 측면에서 다른 측면으로 통과할 수 있도록 내부에 구멍이 형성되어 있고;
    하나 이상의 중간 측방향 크로스 부재는 하나 이상의 측방향 크로스 부재와 각각의 전기활성 구조 사이에서 전해질, 생성물 및 반응물의 통과를 허용하도록 구성되는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
65. 제38항에 있어서, 강성 지지 프레임은 일반적으로 직사각형 형상, 높이 및 폭을 가지며; 강성 지지 프레임의 높이는 그 폭보다 큰, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
66. 제39항에 있어서, 추가의 채널 정의 구멍을 정의하도록 제1 채널 정의 구멍을 세분하기 위해 제2 측방향 크로스 부재를 연결하기 위해 제1 대체로 L자형 부재의 제1 암으로부터 연장되는 하나 이상의 스트럿을 더 포함하는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
67. 제66항에 있어서, 제1 대체로 L자형 부재의 제2 암은 액체 및/또는 잔류 가스가 제1 채널 정의 구멍으로부터 제5 채널 정의 구멍으로 흐를 수 있도록 하는 적어도 하나의 관통점을 갖는, 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임.
68. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치용 전기화학 셀로서,
    전기화학 셀은:
    교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 적층 어레이를 형성하도록 배열되고 복수의 각각의 강성 지지 프레임에 있는 채널 정의 구멍이 서로 정렬되도록 정렬되는 제1항 내지 제15항, 제17항 내지 제31항 및 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 복수의 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임을 포함하고: 상기 복수의 강성 지지 프레임은:
    한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 ― 하나의 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 일 단부에 배치되고, 다른 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 다른 단부에 배치되며; 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 가지며, 적어도 하나의 전기활성 구조는 적층 어레이의 대향 단부를 향하도록 배치됨 ― ;
    한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재를 포함하고, 각각의 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재는:
    제1 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조; 및
    제2 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 갖고,
    복수의 분리기 ― 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리함 ― 를 포함하고;
    복수의 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷 ― 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 정의된 채널 정의 구멍을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷을 포함하고;
    각각의 강성 지지 프레임 부재에 있는 채널 정의 구멍 및 밀봉 및 전기 절연 개스킷에 있는 제1 및 제2 구멍은 서로 정렬되어 적층 어레이를 통해 흐름 통로를 형성하는, 전기화학 셀.
69. 제68항에 있어서, 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 2 개의 전기활성 구조를 갖고, 하나의 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착되고, 다른 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착되는, 전기화학 셀
70. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치로서:
    교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 적층 어레이를 형성하도록 배열되고 복수의 각각의 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 서로 정렬되도록 정렬된 제1항 내지 제15항, 제17항 내지 제31항 및 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 복수의 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임을 포함하고: 상기 복수의 강성 지지 프레임은:
    한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 ― 하나의 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 일 단부에 배치되고, 다른 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 다른 단부에 배치되며; 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 가지며, 적어도 하나의 전기활성 구조는 적층 어레이의 대향 단부를 향하도록 배치됨 ― ;
    한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재를 포함하고; 각각의 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재는:
    제1 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조; 및
    제2 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 가지며,
    복수의 분리기 ― 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리함 ― 를 포함하고;
    상기 복수의 강성 지지 프레임과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷 ― 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 채널 정의 구멍을 정의함 ― 을 포함하고;
    복수의 단부 강성 지지 프레임과 중간 강성 지지 프레임을 함께 클램핑하기 위한 한 쌍의 단부 클램핑 플레이트 ― 각각의 단부 클램핑 플레이트는 단부 강성 지지 프레임 중 하나와 연관되고 이에 인접하게 배치되며, 각각의 단부 클램핑 플레이트는 액체 및/또는 가스를 적층 어레이로 공급하기 위한 제1 포트 및 적층 어레이로부터 액체 및/또는 가스를 추출하기 위한 제2 포트를 포함함 ― 를 포함하고;
    한 쌍의 단부 개스킷 ― 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트와, 연관된 단부 강성 지지 프레임으로부터 각각의 단부 클램핑 플레이트를 절연하기 위해 그 연관된 단부 강성 지지 프레임 사이에 위치되고, 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬하기 위해 내부에 정의된 제1 및 제2 구멍을 포함함 ― 을 포함하고;
    개스킷의 제1 및 제2 구멍은 적층 어레이를 통해 흐름 통로를 형성하기 위해 강성 지지 프레임 부재 각각의 대응하는 채널 정의 구멍과 정렬되며, 흐름 통로는 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되는, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.
71. 제69항에 있어서, 상기 전해조 장치는 알칼리수 전기분해 및 클로르-알칼리 전기분해 중 하나를 위해 구성되는, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.
72. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치로서:
    교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 적층 어레이를 형성하도록 배열되고 복수의 각각의 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 서로 정렬되도록 정렬되는 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 다른 복수의 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임을 포함하고, 복수의 강성 지지 프레임은:
    한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 ― 하나의 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 일 단부에 배치되고, 다른 단부 강성 지지 프레임 부재는 적층 어레이의 다른 단부에 배치되며; 각각의 단부 강성 지지 프레임 부재는 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 가지며, 적어도 하나의 전기활성 구조는 적층 어레이의 대향 단부를 향하도록 배치됨 ― ;
    한 쌍의 단부 강성 지지 프레임 부재 사이에 배치되는 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재를 포함하고: 각각의 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임 부재는:
    제1 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제1 전기활성 구조; 및
    제2 면에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임에 부착된 제2 전기활성 구조를 갖고;
    복수의 분리기 ― 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리함 ― 를 포함하고;
    복수의 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷 ― 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 정의된 채널 정의 구멍을 가짐 ― 을 포함하고;
    복수의 단부 강성 지지 프레임과 중간 강성 지지 프레임을 함께 클램핑하기 위한 한 쌍의 단부 클램핑 플레이트 ― 각각의 단부 클램핑 플레이트는 단부 강성 지지 프레임 중 하나와 연관되고 이에 인접하게 배치되며, 각각의 단부 클램핑 플레이트는 액체 및/또는 가스를 적층 어레이로 공급하기 위한 제1 포트 및 적층 어레이로부터 액체 및/또는 가스를 추출하기 위한 제2 포트를 포함함 ―를 포함하고;
    한 쌍의 단부 개스킷 ― 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트와, 연관된 단부 강성 지지 프레임으로부터 각각의 단부 클램핑 플레이트를 절연시키기 위해 연관된 단부 강성 지지 프레임 사이에 위치되고, 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬하기 위해 내부에 정의된 제1 및 제2 구멍을 포함함 ―을 포함하고;
    단부 개스킷의 제1 및 제2 구멍은 적층 어레이를 통해 흐름 통로를 형성하기 위해 강성 지지 프레임 각각의 대응하는 채널 정의 구멍과 정렬되고, 흐름 통로는 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되고, 각각의 강성 지지 프레임과 관련된 채널 정의 개스킷 지지 부재를 통해 각각의 강성 지지 프레임의 순환 챔버로 그리고 그 순환 챔버로부터 가스 및/또는 액체의 흐름을 수용하도록 구성되는, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.
73. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치용 전기화학 다중 셀 조립체로서, 상기 전기화학 다중 셀 조립체는:
    제1항 내지 제15항, 제17항 내지 제31항 및 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 복수의 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임 ― 복수의 강성 지지 프레임은 제1, 제2, 제3 및 제4 강성 지지 프레임을 포함하고; 제1 및 제2 강성 지지 프레임은 나란히 배치되고 제3 및 제4 강성 지지 프레임은 나란히 배치되며; 제1 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제3 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 제2 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제4 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고; 복수의 각각의 강성 지지 프레임은 단부 강성 지지 프레임이고, 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 가짐 ― 을 포함하고;
    제38항 내지 제48항, 제51항 내지 제62항 및 제65항 내지 제67항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임은 중간 강성 지지 프레임이고, 각각의 제1 및 제2 면에 인접하여 부착된 한 쌍의 전기활성 구조를 가지며; 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 단부 강성 지지 프레임과 제3 및 제4 강성 지지 프레임 사이에 배치되고; 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 제1 순환 챔버는 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 제2 순환 챔버는 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고;
    제1, 제2, 제3 및 제4 단부 강성 지지 부재 및 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 이중 적층 어레이를 형성하도록 배열되고,
    제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제1 순환 챔버에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되고;
    제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제2 순환 챔버에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되도록 정력되고;
    복수의 분리기 ― 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리함 ―를 포함하고;
    상기 복수의 단부 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷 ― 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 채널 정의 구멍을 정의함 ―을 포함하고;
    각각의 강성 지지 프레임 부재에 있는 채널 정의 구멍 및 개스킷의 제1 및 제2 구멍은 서로 정렬되어 이중 적층 어레이를 통해 흐름 통로를 형성하는, 전기화학 다중 셀 조립체.
74. 제73항에 있어서,
    각 단부 강성 지지 프레임 부재는 2 개의 전기활성 구조를 갖고, 하나의 전기활성 구조는 제1 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착되고, 다른 전기활성 구조는 제2 면에 인접한 단부 강성 지지 프레임에 부착되는, 전기화학 다중 셀 조립체.
75. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치로서:
    제1항 내지 제5항, 제17항 내지 제31항 및 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 복수의 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버, 및 강성 지지 프레임 ― 복수의 강성 지지 프레임은 제1, 제2, 제3 및 제4 강성 지지 프레임을 포함하고; 제1 및 제2 강성 지지 프레임은 나란히 배치되고, 제3 및 제4 강성 지지 프레임은 나란히 배치되며; 제1 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제3 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 제2 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제4 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고; 복수의 각각의 강성 지지 프레임은 단부 강성 지지 프레임이고, 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 가짐 ―을 포함하고;
    제36항 내지 제46항, 제48항 내지 제58항 및 제61항 내지 제63항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임은 중간 강성 지지 프레임이고, 각각의 제1 및 제2 면에 인접하여 부착된 한 쌍의 전기활성 구조를 가지며; 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 단부 강성 지지 프레임과 제3 및 제4 강성 지지 프레임 사이에 배치되고; 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 제1 순환 챔버는 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 제2 순환 챔버는 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고;
    제1, 제2, 제3 및 제4 단부 강성 지지 부재 및 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 이중 적층 어레이를 형성하도록 배열되고,
    제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제1 순환 챔버에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되고;
    제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제2 순환 챔버에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되도록 정렬되고;
    복수의 분리기 ― 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리함 ―를 포함하고;
    복수의 단부 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷 ― 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 내부에 채널 정의 구멍을 정의함 ― ; 및 복수의 단부 강성 지지 프레임과 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임을 함께 클램핑하기 위한 두 쌍의 단부 클램핑 플레이트 ― 각각의 단부 클램핑 플레이트는 단부 강성 지지 프레임 중 하나와 연관되고 이에 인접하게 배치되며, 각각의 단부 클램핑 플레이트는 액체 및/또는 가스를 이중 적층 어레이로 공급하기 위한 제1 포트 및 이중 적층 어레이로부터 액체 및/또는 가스를 추출하기 위한 제2 포트를 포함함 ― 를 포함하고;
    두 쌍의 단부 개스킷 ― 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트와, 연관된 단부 강성 지지 프레임으로부터 각각의 단부 클램핑 플레이트를 절연시키기 위해 연관된 단부 강성 지지 프레임 사이에 위치되고, 각각의 단부 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬하기 위해 내부에 정의된 제1 및 제2 구멍을 포함함 ―을 포함하고;
    단부 개스킷의 제1 및 제2 구멍은 이중 적층 어레이를 통해 흐름 통로를 형성하기 위해 강성 지지 프레임 각각의 대응하는 채널 정의 구멍과 정렬되고, 흐름 통로는 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되는, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.
76. 제74항에 있어서, 상기 전해조 장치는 알칼리수 전기분해 및 클로르-알칼리 전기분해 중 하나를 위해 구성되는, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.
77. 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치로서:
    제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 복수의 조합된 전류 캐리어, 순환 챔버 및 강성 지지 프레임 ― 복수의 강성 지지 프레임은 제1, 제2, 제3 및 제4 강성 지지 프레임을 포함하고; 제1 및 제2 강성 지지 프레임은 나란히 배치되고, 제3 및 제4 강성 지지 프레임은 나란히 배치되며; 제1 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제3 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 제2 강성 지지 프레임의 순환 챔버는 제4 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고; 복수의 각각의 강성 지지 프레임은 단부 강성 지지 프레임이고, 제1 및 제2 면 중 하나에 인접하여 부착된 적어도 하나의 전기활성 구조를 가짐 ―을 포함하고;
    제53항 내지 제56항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조합된 전류 캐리어, 이중 순환 챔버 및 강성 지지 프레임은 중간 강성 지지 프레임이고, 각각의 제1 및 제2 면에 인접하여 부착된 한 쌍의 전기활성 구조를 가지며; 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 제1 및 제2 단부 강성 지지 프레임과 제3 및 제4 강성 지지 프레임 사이에 배치되고; 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 제1 순환 챔버는 제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고, 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 제2 순환 챔버는 제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 순환 챔버와 정렬되고;
    제1, 제2, 제3 및 제4 단부 강성 지지 부재 및 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임은 교번하는 극성의 강성 지지 프레임의 이중 적층 어레이를 형성하도록 배열되고,
    제1 및 제3 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제1 순환 챔버에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되고;
    제2 및 제4 단부 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍이 제2 순환 챔버에 인접한 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임의 채널 정의 구멍과 정렬되도록 정렬되고;
    복수의 분리기 ― 각각의 분리기는 한 쌍의 인접한 강성 지지 프레임 사이에 장착되어 인접한 강성 지지 프레임 중 하나의 순환 챔버를 인접한 강성 지지 프레임 중 다른 하나의 순환 챔버로부터 분리함 ―를 포함하고;
    복수의 단부 강성 지지 프레임의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 복수의 밀봉 및 전기 절연 개스킷 ― 각각의 밀봉 및 전기 절연 개스킷은 채널 정의 구멍을 정의함 ―을 포함하고;
    복수의 단부 강성 지지 프레임과 적어도 하나의 중간 강성 지지 프레임을 함께 클램핑하기 위한 두 쌍의 단부 클램핑 플레이트 ― 각각의 단부 클램핑 플레이트는 단부 강성 지지 프레임 중 하나와 연관되고 이에 인접하게 배치되며, 각각의 단부 클램핑 플레이트는 액체 및/또는 가스를 이중 적층 어레이로 공급하기 위한 제1 포트 및 이중 스택으로부터 액체 및/또는 가스를 추출하기 위한 제2 포트를 포함함 ―를 포함하고;
    두 쌍의 개스킷 ― 각각의 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트와, 관련 단부 강성 지지 프레임으로부터 각각의 단부 클램핑 플레이트를 절연하기 위한 관련 단부 강성 지지 프레임 사이에 위치하며, 각각의 개스킷은 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되도록 내부에 정의된 제1 및 제2 구멍을 포함함 ―을 포함하고;
    개스킷의 제1 및 제2 구멍은 이중 적층 어레이를 통해 흐름 통로를 형성하기 위해 강성 지지 프레임 각각의 대응하는 채널 정의 구멍과 정렬되며, 흐름 통로는 각각의 단부 클램핑 플레이트의 제1 및 제2 포트와 정렬되고, 각각의 강성 지지 프레임과 결합된 개스킷 지지 부재를 정의하는 채널을 통해 각각의 강성 지지 프레임의 순환 챔버로 그리고 그 순환 챔버로부터 가스 및/또는 액체의 흐름을 수용하도록 구성되는, 유니폴라 필터 프레스 전해조 장치.

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