电解器装置及其制造方法
阅读：712发布：2020-12-25
专利汇可以提供电解器装置及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种将 水 电 解分离成氢气和 氧 气的装置。该装置包括：(i)第一半罩；(ii)第二半罩；(iii) 定位 在第一半罩和第二半罩之间的隔膜 电极 阵列，该隔膜电极阵列包括：(a)隔膜，该隔膜通过离子而阻止气体通过，该隔膜包括第一侧和相反的第二侧；(b)在隔膜的第一侧的第一附近区域的第一多个电极；以及(c)在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二多个电极；(iv) 紧 固件 ，该紧固件用于将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩防漏紧固，从而形成防漏罩；(v)触头，该触头用于向第一多个电极和第二多个电极供电，以及(vi)构造成从罩移除氢气和氧气的通路。，下面是电解器装置及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种用于将水电解分离成氢气和氧气的装置，所述装置包括：
第一半罩；
第二半罩；
隔膜电极阵列，所述隔膜电极阵列定位在所述第一半罩和所述第二半罩之间，所述隔膜电极阵列包括：
隔膜，所述隔膜使离子通过而阻止气体通过，所述隔膜包括第一侧和相反的第二侧；
第一多个电极，所述第一多个电极在所述隔膜的所述第一侧的第一附近区域中；
第二多个电极，所述第二多个电极在所述隔膜的所述相反的第二侧的第二附近区域中；
紧固件，所述紧固件用于防漏地紧固所述第一半罩、所述隔膜电极阵列和所述第二半罩，从而形成防漏罩；
触头，所述触头用于电接触所述第一多个电极和所述第二多个电极；以及通路，所述通路被构造成从所述罩分开地移除氢气和氧气。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括用于向所述装置供电的电力源。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述半罩包括离散区段部件。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述通路包括：
顶部空间屏障，通过所述顶部空间屏障所述第一半罩的第一顶部空间与所述第二半罩的第二顶部空间分隔开；
第一流动通路，所述第一流动通路流体连接到所述第一半罩；和
第二流动通路，所述第二流动通路流体连接到所述第二半罩。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一流动通路包括第一管，并且所述第二流动通路包括第二管。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一管和所述第二管在所述半罩的外部。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一管和所述第二管在所述半罩的外部和内部。
8.根据权利要求5所述的装置，其中：
所述第一管构造成将水引离所述第一半罩；并且
所述装置还包括构造成将水引到所述第一半罩的管；
所述第二管构造成将水引离所述第二半罩；并且
所述装置还包括构造成将水引到所述第二半罩的管；
9.根据权利要求8所述的装置，还包括：
第一循环系统，所述第一循环系统连接到将水引到所述第一半罩和将水引离所述第一半罩的所述管，所述第一循环系统包括第一气体分离器；以及
第二循环系统，所述第二循环系统连接到将水引到所述第二半罩和将水引离所述第二半罩的所述管，所述第二循环系统包括第二气体分离器。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述通路包括亲水表面。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括热沉，所述热沉构造成在水和周围环境之间换热。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，使用沉积技术将所述电极沉积在所述隔膜上。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述触头包括汇流条、薄垫料、金属片、边缘连接器或条带连接器或其任意组合。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述触头突出到被加热的电解器的所述半罩之外，并且所述触头构造成通过与周围温度热交换而被冷却。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极被纹理化以将实际表面面积增加到超过表观表面面积。
16.根据权利要求1所述的装置，还包括：
所述第一半罩中的至少一对密封联轴节以及所述第二半罩中的至少一对密封联轴节，所述第一半罩中的所述至少一对密封联轴节以及所述第二半罩中的所述至少一对密封联轴节被构造成将至少一个电极可滑动地接纳并定位在所述第一半罩中以及将至少一个电极可滑动地接纳并定位在所述第二半罩中；
可滑动地并密封地定位在所述第一半罩中的至少一个电极，其中，该至少一个电极包括第一端和第二端；
用于将替换电极紧固到所述第一半罩中的所述至少一个电极的第一端或第二端的紧固件，以使得所述第一半罩中的所述至少一个电极能够以滑动方式从所述第一半罩移除并用所述替换电极替换；
可滑动地并密封地定位在所述第二半罩中的至少一个电极，其中，该至少一个电极包括第一端和第二端；和
用于将替换电极固定到所述第二半罩中的所述至少一个电极的第一端或第二端的紧固件，以使得所述第二半罩中的所述至少一个电极能够以滑动方式从所述第二半罩移除并用所述替换电极替换。
17.一种用于制造在电解器装置中使用的隔膜电极阵列的方法，所述方法包括：
将使离子通过而阻止气体通过的隔膜安装在导线施加机上；
使用所述导线施加机将导线施加在所述隔膜的第一侧的第一附近区域中以及所述隔膜的相反的第二侧的第二附近区域中；
将第一半罩、所述导线、所述隔膜以及第二半罩紧固在一起，从而形成防漏罩；以及修剪所述导线；
从而制造在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和所述电解器装置。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，导线施加方法是渐进式轴向旋转绕线法。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，导线施加方法是渐进式轨旋转绕线法。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，导线施加方法是蛇形绕线法。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，导线施加方法是渐进式轴向旋转闩锁绕线法。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，导线施加方法是多股式导线定位施加法。
23.根据权利要求17所述的方法，还包括间隔件，所述间隔件被构造成在导线电极和所述隔膜之间产生空间。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，安装、施加、紧固或修剪的动作通过机械自动化、机器视觉、机器人视觉、机器人或数字控制运动装置或其任意组合来实施。
25.一种用于将水电解分离成氢气和氧气的方法，所述方法包括：
将使离子通过而阻止气体通过的隔膜安装在导线施加机上；
使用所述导线施加机将导线施加在所述隔膜的第一侧的第一附近区域中以及所述隔膜的相反的第二侧的第二附近区域中；
将第一半罩、所述导线、所述隔膜以及第二半罩紧固在一起，从而形成防漏罩；
修剪所述导线，从而第一多个导线电极形成在所述隔膜的所述第一侧的所述第一附近区域中，并且第二多个导线电极形成在所述隔膜的所述相反的第二侧的所述第二附近区域中；
将水添加到所述防漏罩；以及
将电力输送到所述第一多个导线电极和所述第二多个导线电极；从而水被电解分离成氢气和氧气。
电解器装置及其制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 氢气是用于诸如石油提炼、化肥制造、玻璃制造等等的各种制造工艺中的商业化学制品。氢气也可用于储存诸如风电能和太阳电能的间隙性可再生能源。电解的氢和氧能
够使用核能产生的电来生产并在管道中被输送到远离核反应堆的地方。
够使用核能产生的电来生产并在管道中被输送到远离核反应堆的地方。
[0004] 太阳能光伏发电和风力发电是可再生能源的技术活动领域。这些技术可能患有间歇性问题：太阳能和风能不是持续可用的。水的电解可通过储存氢气并且当太阳能和风能
不可用时将其用作燃料电池的备用品来解决这个问题。然而，传统电解器可以是需要大量
劳动力来建造，其使用材料上需要大量金属的复杂结构以及/或可能不足以使它们本身适
用于大规模能源应用的模块化工业放大。全世界政府过去20年已经花了超过50亿美元努
力解决引进先进制造技术以扩大大规模能源应用的电解器供应链的问题。然而，这个长期
存在且重要问题的解决方案，廉价电解器的实际大规模制造的先进制造技术的使用可能还
未实现。解决问题的障碍在能源部能源效率&可再生能源办公室的《2011NREL/DOE氢和燃
料电池制造研发专题讨论报告，2011年8月11-12日》(《2011NREL/DOE Hydrogen and Fuel Cell Manufacturing R&D Workshop report,August 11-12,2011》)中提出，其全部内容以引用的方式并入本文。工作室的总体目的是确定和优先考虑：(1)氢气和燃料电池系统及
部件的制造障碍，以及(2)政府可能支持以解决障碍的高优先级需求和研发活动。工作室
报告的关键结果是关于解决障碍的补充研究的计划。工作室参与者对电极策略的一致决议
是如何将油墨直接施加到薄膜。由于上述原因，有保持对解决长期存在的将先进制造技术
集成到制造工艺的廉价电解器的大规模制造问题的需求。2012燃料电池技术和先进制造
联合办公室在线研讨会的报告材料全部以引用方式并入本文。2011年报告和2012年在线
研讨会材料作为PDF文件可从能源部能源效率&可再生能源办公室在http://www1.eere.
energy.gov/hydrogenandfuelcells/wkshp_h2_fc_manufa cturing.html得到。
不可用时将其用作燃料电池的备用品来解决这个问题。然而，传统电解器可以是需要大量
劳动力来建造，其使用材料上需要大量金属的复杂结构以及/或可能不足以使它们本身适
用于大规模能源应用的模块化工业放大。全世界政府过去20年已经花了超过50亿美元努
力解决引进先进制造技术以扩大大规模能源应用的电解器供应链的问题。然而，这个长期
存在且重要问题的解决方案，廉价电解器的实际大规模制造的先进制造技术的使用可能还
未实现。解决问题的障碍在能源部能源效率&可再生能源办公室的《2011NREL/DOE氢和燃
料电池制造研发专题讨论报告，2011年8月11-12日》(《2011NREL/DOE Hydrogen and Fuel Cell Manufacturing R&D Workshop report,August 11-12,2011》)中提出，其全部内容以引用的方式并入本文。工作室的总体目的是确定和优先考虑：(1)氢气和燃料电池系统及
部件的制造障碍，以及(2)政府可能支持以解决障碍的高优先级需求和研发活动。工作室
报告的关键结果是关于解决障碍的补充研究的计划。工作室参与者对电极策略的一致决议
是如何将油墨直接施加到薄膜。由于上述原因，有保持对解决长期存在的将先进制造技术
集成到制造工艺的廉价电解器的大规模制造问题的需求。2012燃料电池技术和先进制造
联合办公室在线研讨会的报告材料全部以引用方式并入本文。2011年报告和2012年在线
研讨会材料作为PDF文件可从能源部能源效率&可再生能源办公室在http://www1.eere.
energy.gov/hydrogenandfuelcells/wkshp_h2_fc_manufa cturing.html得到。
[0005] 水的电解是制氢的途径。此外，气态氧可作为副产物制造，该副产物可以是有用和有价值的工业和医疗产品。通过诸如风、水力发电、太阳能和核能的可再生能源产生的电可用于氢气和氧气的电解制造而没有伴随化石燃料制氢产生的一氧化碳和二氧化碳。涉及电解技术的专利参考包括，例如，美国专利8,277,620、8,273,495、8,075,750、8,075,749、
8,066,784、7,964,068、7,959,773、7,951,274、7,922,879、7,906,006、7,901,549、
7,892,6947、704,353、7,323,090、7,132,190、6,797,136、6,582,571、6,282,774、
5,728,485、5,660,698、5,606,488、5,599,430、5,171,644、5,130,006、5,080,963、
4,773,982、4,636,291、4,615,783、4,541,91、4,474,612、4,432,859、4,367,134、
4,311,577、4,250,002、4,206,030、4061,557、4,014,776、3,976,550、3,855,104、
3,554,893、RE34,233，以及美国申请公开号2012/0193242、2012/0149789、2011/0243294、
2010/028034、2010/0032221、2009/0026089、2008/0067078、2004/0182695、2003/0057088、
2002/0157958、2002/0037422。
8,066,784、7,964,068、7,959,773、7,951,274、7,922,879、7,906,006、7,901,549、
7,892,6947、704,353、7,323,090、7,132,190、6,797,136、6,582,571、6,282,774、
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3,554,893、RE34,233，以及美国申请公开号2012/0193242、2012/0149789、2011/0243294、
2010/028034、2010/0032221、2009/0026089、2008/0067078、2004/0182695、2003/0057088、
2002/0157958、2002/0037422。
[0007] 阴极(还原)：4H+(aq)+4e-→2H2(g)
[0008] 阳极(氧化)：2H2O(1)→O2(g)+4H+(aq)+4e-
[0009] 在某些电解电池中，通过离子而阻止气体通过的隔膜可将阴极和阳极室分隔。隔膜可允许隔室之间的离子电导性，而保持在其相应的隔室中形成的氢气和氧气隔开。阳极
反应在所施加的外部电压的影响下可将电子从水分子中移除。电子的移除可从水放出氧气
+
和质子H。质子可移动穿过隔膜并与移除的电子结合形成氢气。结合的总阴极和电极反应
可以是：2H2O→2H2+O2。
附图说明
反应在所施加的外部电压的影响下可将电子从水分子中移除。电子的移除可从水放出氧气
+
和质子H。质子可移动穿过隔膜并与移除的电子结合形成氢气。结合的总阴极和电极反应
可以是：2H2O→2H2+O2。
附图说明
[0010] 附图是说明性实施例。它们不示出所有实施例。此外或相反地，可使用其它实施例。可能是明显或不必要的细节可被省略以节省空间或更有效率地说明。某些实施例可在
具有另外部件或步骤和/或不具有所示出的所有部件或步骤的情况下实践。当相同附图标
记出现在不同附图中时，其指代相同或相似的部件或步骤。
具有另外部件或步骤和/或不具有所示出的所有部件或步骤的情况下实践。当相同附图标
记出现在不同附图中时，其指代相同或相似的部件或步骤。
[0011] 图1A和1B分别示出了包括连续区段半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。
[0012] 图2A和2B分别示出了包括离散部件区段半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。
[0013] 图3A和3B是包括在隔膜的第一和相反的第二侧的附近的多个电极的电解装置的实施例的中间区段的前透视图和后透视图。
[0014] 图4示出了用于电解器装置的实施例的防漏紧固的软管夹的使用。
[0016] 图6A示出了带夹，并且图6B示出了西德福夹，两者都用于电解器装置的实施例的防漏紧固。
[0018] 图8A和8B示出了用于电解器装置的实施例的防漏紧固的定向能的使用。
[0019] 图9A和9B示出了将电力施加到在隔膜的相反两侧的附近的多个阳极和阴极电极的电力源的阳极侧和阴极侧透视图。
[0020] 图10示出了电解器装置的实施例的组装透视图，其中，半罩包括部分半球状离散端部区段部件。
[0021] 图11A和11B分别示出了电解器装置的包括过渡件端部区段实施例的半罩的剖视透视图和立面图。
[0022] 图12A和12B分别示出了电解器装置的实施例的剖视透视图和立面图，其中，气体移除流管在装置的外部和内部。
[0023] 图13示出了图12的实施例的组装立面图，示出电解器装置用根据需要添加的替换水来制造氢气和氧气流。
[0024] 图14示出了图13的实施例如何能够用作大规模制造、储存和使用系统的一部分的流程图、系统级概览。
[0025] 图15示出了包括热沉的电解器装置的实施例的详细透视图。
[0026] 图16A、16B和16C分别示出了电接触第一多个电极并包括热沉的汇流条的透视图、俯视图和前视立面图。
[0027] 图17A和17B分别示出了具有与在隔膜的相反两侧上的多个电极接触的结合凸片的接触条的分解和组装中间区段透视图。
[0028] 图18A、18B、18C和18D分别示出了包括伸出的电接触区域的高温电解器装置的中间区段透视图、俯视图、前视立面图和右视立面图。
[0030] 图20示出了使用图19的装置的系统的实例。
[0031] 图21A示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段分解图。图21B示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段组装图，其中替换电极邻近待通过滑动来替换的电
极。图21C示出了用于将电解器装置中的电极紧固到替换电极以用于装置中的电极的可滑
动替换的紧固件的详细正透视图和后透视图。
极。图21C示出了用于将电解器装置中的电极紧固到替换电极以用于装置中的电极的可滑
动替换的紧固件的详细正透视图和后透视图。
[0032] 图22A是导线在其使用渐进式轴向旋转绕线法施加到隔膜时的透视图。图22B和22C分别示出了导线使用渐进式轴向旋转绕线法施加到隔膜的俯视图和前视立面图。
[0033] 图23A和23B分别示出了第一半罩、第二半罩以及导线已经施加到其上的定位在半罩之间的隔膜的中间区段透视图和立面分解图。图23C和23D分别示出了第一半罩、第二
半罩以及导线已经施加到其上的被夹在半罩之间的隔膜的中间区段透视图和立面组装图。
图23E和23F示出了图23C和23D的视图，其中导线被从隔膜的边缘修剪。
半罩以及导线已经施加到其上的被夹在半罩之间的隔膜的中间区段透视图和立面组装图。
图23E和23F示出了图23C和23D的视图，其中导线被从隔膜的边缘修剪。
[0034] 图24A、24B、24C和24D分别示出了使用蛇形绕线法将导线施加到隔膜的透视图、俯视图、前视立面图和右视立面图。
[0035] 图25示出了具有额外的间隔件的图24所示的蛇形绕线。
[0036] 图26A和26B分别示出了已经使用独立导线股放置的方法施加的导线的透视图和俯视图。
具体实施方式
[0037] 现描述说明性实施例。此外或相反地，可使用其它实施例。可能明显或不必要的细节可被省略以节省空间或更有效率地介绍。某些实施例可实践成具有另外部件或步骤和/或没有被描述的所有部件或步骤。所公开的实施例不受动作或程序的顺序限制。某些动作
可以以不同的顺序和/或与例如诸如旋转和直线运动的动作的其它动作或事件同时发生。
不是所有说明的动作或事件都要求实施本发明所述的程序和/或方法。
可以以不同的顺序和/或与例如诸如旋转和直线运动的动作的其它动作或事件同时发生。
不是所有说明的动作或事件都要求实施本发明所述的程序和/或方法。
[0038] 如本文所用的：
[0039] “部件”是指较大结构的零件或元件。
[0040] “隔膜”是指通过离子而阻止气体通过的屏障。在某些实施例中，隔膜是网状的。在其它实施例中，隔膜是能渗透的，其中隔膜基本上不具有在隔膜的第一侧和隔膜的第二
侧之间形成视线通路的孔、毛孔或通道。在其它实施例中，隔膜不具有将薄膜夹在中间的共线的孔、毛孔或通道。拥有隔膜的必要性质的网状和/或能渗透材料的实例是聚乙烯、聚
丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚偏二氟乙烯以及聚四氟乙烯。在某些实施例中，隔膜可包括质子交换膜和或聚合物电解质膜。
侧之间形成视线通路的孔、毛孔或通道。在其它实施例中，隔膜不具有将薄膜夹在中间的共线的孔、毛孔或通道。拥有隔膜的必要性质的网状和/或能渗透材料的实例是聚乙烯、聚
丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、聚偏二氟乙烯以及聚四氟乙烯。在某些实施例中，隔膜可包括质子交换膜和或聚合物电解质膜。
[0041] “隔膜电极阵列”是指包括电极阵列的隔膜。
[0042] “电极阵列”是指一组相关的电极。
[0043] “罩”是指将第一空间与第二空间密封开的结构。
[0044] “紧固件”是指关于流体的防漏紧固件。
[0045] “流体”是指液体、气体或液体和气体。
[0046] “半罩”是指罩的部件。
[0047] “离子”是指水离子。
[0048] “视线”是指沿直线行进的光。
[0049] “网状的”是指像网或网络一样构造或布置的水通路。
[0050] “过渡件”是指过渡到不同形状的元件。
[0051] “水”是指纯水、不纯水、电解质以及所有水溶液。
[0052] “区段”是指具有特定的特性、目的或用途的半罩或罩的区域。
[0053] 需要至少两个半罩来形成罩。半罩包括至少三个区段：(1)第一端部区段；(2)中间区段；以及(3)第二端部区段。半罩可由不连续的物体制成，诸如通过将离散的区部件紧固来制成。半罩可相反地制成单个连续物体。半罩可构造成不同形状和大小。例如，中间
区段可以是具有包括半圆形、半椭圆形和、或半矩形形状的横截面的大致圆柱形。中间区段也可以是具有可变截面的非圆柱形。端部区段可例如是平坦的、部分锥形的、部分类球形的或部分椭圆形的。端部区段可包括专门适配部诸如底部支撑或流动通路。
区段可以是具有包括半圆形、半椭圆形和、或半矩形形状的横截面的大致圆柱形。中间区段也可以是具有可变截面的非圆柱形。端部区段可例如是平坦的、部分锥形的、部分类球形的或部分椭圆形的。端部区段可包括专门适配部诸如底部支撑或流动通路。
[0054] 将水电解分离成氢气和氧气的装置的一个实施例可包括(i)第一半罩；(ii)第二半罩；(iii)位于第一半罩和第二半罩之间的隔膜电极阵列，该隔膜电极阵列包括：(a)通
过离子而阻止气体通过的隔膜，该隔膜包括第一侧和相反的第二侧；(b)在隔膜的第一侧
的第一附近区域的第一多个电极；以及(c)在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二
多个电极；(iv)紧固件，该紧固件用于将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩防漏紧固，从而形成防漏罩；(v)电触头，用于向第一和第二多个电极供电，以及；(vi)构造成将氢气和氧气分开地从罩移除的通路。在某些实施例中，半罩是单个连续物体。在其它实施例中，半罩包括离散的区部件。
过离子而阻止气体通过的隔膜，该隔膜包括第一侧和相反的第二侧；(b)在隔膜的第一侧
的第一附近区域的第一多个电极；以及(c)在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二
多个电极；(iv)紧固件，该紧固件用于将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩防漏紧固，从而形成防漏罩；(v)电触头，用于向第一和第二多个电极供电，以及；(vi)构造成将氢气和氧气分开地从罩移除的通路。在某些实施例中，半罩是单个连续物体。在其它实施例中，半罩包括离散的区部件。
[0055] 隔膜材料的实例还包括下列网状和/或能渗透材料：例如有机合成物、无机合成物、塑料、石棉、石棉纤维、玻璃纤维、PTFE、纸、毡、纤维、聚合物、聚丙烯、石棉片、合成纤维片、PVC、石棉网、共聚物、陶瓷、包覆石棉、苯乙烯、Al2O3、SiO2、ZrO2以及玻璃纤维。
[0056] 向电解器装置供电的电力源的实例包括光伏电池、风力发电机、可再生能源发电机、核能发电机以及化石燃料驱动的发电机。
[0057] 在电解器装置的某些实施例中，气体移除通路包括顶部空间屏障，从而第一半罩的第一顶部空间与第二半罩的第二顶部空间分隔；流体连接到第一半罩的第一流动通路；
以及流体连接到第二半罩的第二流动通路。
以及流体连接到第二半罩的第二流动通路。
[0058] 在某些实施例中，第一流动通路包括连接到第一中间区段的第一上端部区段和第一管；而第二流动通路包括连接到第二中间区段的第二上端部区段和第二管。上端部区段
形状的实例包括平板、部分圆锥形、部分球形、部分椭圆形以及部分矩形形状。
形状的实例包括平板、部分圆锥形、部分球形、部分椭圆形以及部分矩形形状。
[0059] 第一管和第二管可在半罩的外部。可替代地，第一管和第二管可在半罩的外部和内部。某些实施例包括折流板(baffle)和亲水表面以通过水汽表面凝结使蒸发水分损失
最小化。某些实施例包括热沉技术，以通过与周围温度的热交换而使蒸发水分损失最小化。
最小化。某些实施例包括热沉技术，以通过与周围温度的热交换而使蒸发水分损失最小化。
[0060] 在隔膜电极阵列的某些实施例中，电极包括导线。导线材料例如是金属、合金、半导体、超导体、复合物、碳、碳纤维或导电聚合物。导线的表面可被纹理化以将实际表面面积增加到超过表观表面积并通过添加催化剂来改性。在某些实施例中，导线基本上平行于隔膜的第一侧和隔膜的相反的第二侧。在其它实施例中，电极通过例如诸如光刻、化学镀、着墨(inking)、气相沉积或导电油漆的沉积技术来沉积。
[0061] 公开了制造隔膜电极阵列的多种方法，诸如导线施加机和/或绕线机技术的使用。例如，制造在电解器装置中使用的隔膜电极阵列的方法包括：(i)将通过离子而阻止
气体通过的隔膜安装在绕线机上；(ii)使用导线施加机将导线施加在隔膜的第一侧的第
一附近区域以及在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域；(iii)将第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩紧固，从而形成防漏罩，以及；(iv)修剪导线；从而制成在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和电解器装置。导线施加方法的具体实例包括(i)渐进式轴向旋转绕线法；
(ii)渐进式轨旋转绕线法；(iii)蛇形绕线法；(iv)渐进式轴向旋转闩锁绕线法；以及(v)
多股式导线定位施加法。
气体通过的隔膜安装在绕线机上；(ii)使用导线施加机将导线施加在隔膜的第一侧的第
一附近区域以及在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域；(iii)将第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩紧固，从而形成防漏罩，以及；(iv)修剪导线；从而制成在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和电解器装置。导线施加方法的具体实例包括(i)渐进式轴向旋转绕线法；
(ii)渐进式轨旋转绕线法；(iii)蛇形绕线法；(iv)渐进式轴向旋转闩锁绕线法；以及(v)
多股式导线定位施加法。
[0062] 电解器装置包括(i)第一半罩；(ii)第二半罩；(iii)夹在第一半罩和第二半罩之间的隔膜电极阵列，其中，隔膜电极阵列使用绕线和/或导线施加的方法来制成；(iv)构造成将氢气和氧气分开地从罩移除的通路；以及(v)用于向装置供电的电触头。
[0063] 高温电解装置包括与电解器的高温隔开的电触头。电触头的温度低于电解器的操作温度。温差通过增加电触头的区域和高温电解器的发热区域之间的距离以及通过触头和
周围温度之间的热交换来实现。
周围温度之间的热交换来实现。
[0064] 公开了一种教育学生的可再生能源制造的科学技术的装置和方法。该方法依赖于将水转化成氢气和氧气的所公开的电解器的具体实施例。该装置和方法解决了将科学和工
程实践集成到K-12自然科学课程中，如弗吉尼亚州阿灵顿(Arlington) 2012全国自然
科学教师协会的K-12自然科学教育机构的77页的全国自然科学教师协会读者指南所述，
并全部以引用的方式并入。所公开的装置是电能转化成化学能的实用教学工具。装置与教
授可再生能源制造、储存、分配和使用的科学和工程原理的泵、分离器、压缩机和储存单元相互作用。
程实践集成到K-12自然科学课程中，如弗吉尼亚州阿灵顿(Arlington) 2012全国自然
科学教师协会的K-12自然科学教育机构的77页的全国自然科学教师协会读者指南所述，
并全部以引用的方式并入。所公开的装置是电能转化成化学能的实用教学工具。装置与教
授可再生能源制造、储存、分配和使用的科学和工程原理的泵、分离器、压缩机和储存单元相互作用。
[0065] 所公开的隔膜电极阵列的实施例能够被用于制造燃料电池的薄膜电极组件。
[0066] 所公开的电解器还可用于除了制造氢气和氧气的水电解外的工业工艺。一种这样的工艺是氯碱工艺。
[0067] 构成电解器装置的半罩可以是类似的或基本上相同的。它们构造成具有互补形式，使得它们将隔膜电极阵列夹在中间以形成防漏罩，并允许用于气体和/或液体移除的
流体连接以及在电极触头处的电极的供电。紧固件可被松开或切割以允许接近隔膜电极阵
列来进行维护、维修和/或更换而产生最少废料并获得材料重新使用的机会。半罩通过例
如机加工、铸造、模制、旋压、层压、锻造、轧制、挤压、拉拔、弯曲、旋压、冲压、冲切、锯削、攻螺纹、拉削、钻孔、车削、钻孔、铣削、研磨、切削、电火花加工来制造。其能够包括例如生物材料、碳、陶瓷、复合材料、玻璃、纳米材料、耐火材料、半导体、薄膜、功能级材料以及诸如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及聚碳酸酯的碳聚合物。
流体连接以及在电极触头处的电极的供电。紧固件可被松开或切割以允许接近隔膜电极阵
列来进行维护、维修和/或更换而产生最少废料并获得材料重新使用的机会。半罩通过例
如机加工、铸造、模制、旋压、层压、锻造、轧制、挤压、拉拔、弯曲、旋压、冲压、冲切、锯削、攻螺纹、拉削、钻孔、车削、钻孔、铣削、研磨、切削、电火花加工来制造。其能够包括例如生物材料、碳、陶瓷、复合材料、玻璃、纳米材料、耐火材料、半导体、薄膜、功能级材料以及诸如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及聚碳酸酯的碳聚合物。
[0068] 半罩能够制成单个连续物体或由离散部件区段制成。半罩包括用于气体移除的通路。半罩可功能用作制造隔膜电极阵列的夹具，该夹具便于制造所公开的电解器装置的实
施例的制造技术的使用。制造技术包括例如机器人技术、机器人视觉、机器视觉以及数字控制运动和导线定位机。
施例的制造技术的使用。制造技术包括例如机器人技术、机器人视觉、机器视觉以及数字控制运动和导线定位机。
[0069] 图1A和1B分别示出了包括连续区段半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。第一半罩101和第二半罩103将隔膜电极阵列105夹在中间。隔膜电极阵列105包括
在隔膜109的第一侧的第一附近区域的第一多个电极107。图1中不可见的第二多个电极
在隔膜109的相反的第二侧的第二附近区域。分界线111将隔膜109与顶部空间屏障113
隔开。顶部空间屏障113是不透离子、气体和水的。水填充标记115指示罩中的水位。填充
标记115的位置大约在分界线111与半罩101和103的顶部之间的中间。图1B示出电解
器装置117的组装透视图。第一多个电极触头119在隔膜109的第一侧的第一附近区域。
图1B中不可见的第二多个电极触头在隔膜109的相反的第二侧的第二附近区域。氧气移
除通路和氢气移除通路允许当添加有水并且电力被施加到第一和第二多个电极触头时从
电解器装置117分开地移除氧气和氢气。
在隔膜109的第一侧的第一附近区域的第一多个电极107。图1中不可见的第二多个电极
在隔膜109的相反的第二侧的第二附近区域。分界线111将隔膜109与顶部空间屏障113
隔开。顶部空间屏障113是不透离子、气体和水的。水填充标记115指示罩中的水位。填充
标记115的位置大约在分界线111与半罩101和103的顶部之间的中间。图1B示出电解
器装置117的组装透视图。第一多个电极触头119在隔膜109的第一侧的第一附近区域。
图1B中不可见的第二多个电极触头在隔膜109的相反的第二侧的第二附近区域。氧气移
除通路和氢气移除通路允许当添加有水并且电力被施加到第一和第二多个电极触头时从
电解器装置117分开地移除氧气和氢气。
[0070] 图2A和2B分别示出了包括离散部件区半罩的电解器装置的实施例的分解图和组装图。中间区段201是第一中间区段；中间区段203是第二中间区段。端部区段匹配凸缘
205和底板207被紧固到中间区段。包括气体移除通路的防漏盖板209与匹配凸缘205配
合。图2的隔膜电极阵列、分界线和水填充标记基本上与图1的相同。
205和底板207被紧固到中间区段。包括气体移除通路的防漏盖板209与匹配凸缘205配
合。图2的隔膜电极阵列、分界线和水填充标记基本上与图1的相同。
[0071] 图3A和3B是包括在隔膜的第一侧和相反的第二侧的附近区域中的多个电极的电解装置的实施例的中间区段区域的前透视图和后透视图。中间区段301是第一中间区段。
中间区段303是第二中间区段。隔膜305包括第一侧307和相反的第二侧309。第一多个
电极311在隔膜305的第一侧307的第一附近区域。第二多个电极313在隔膜305的相反
的第二侧309的第二附近区域。
中间区段303是第二中间区段。隔膜305包括第一侧307和相反的第二侧309。第一多个
电极311在隔膜305的第一侧307的第一附近区域。第二多个电极313在隔膜305的相反
的第二侧309的第二附近区域。
[0072] 图4示出了使用软管夹401将第一半罩、隔膜电极阵列和第二半罩紧固。图4的紧固的实施例示出了隔膜电极阵列在部位403处被适当切口以容纳软管夹。用于电解器
的实施例的防漏紧固的紧固件包括夹具，例如诸如软管夹、西德福夹(Stauff clamp)以及
带夹。紧固件还包括导线扎带、电缆扎带、扎带、环氧树脂、粘性密封垫片、水族槽粘合剂、接合剂、洗衣机粘合剂、焊接、加热、铜焊、压接、缠绕、胶合、包裹、铰接、锡焊、夹紧、闩锁件、锚定、销、销钉、搭扣、压条、扣环、夹子、定向能、螺钉、凸缘、螺栓、螺母和/或其中的一个或多个的选择组合。在某些实施例中，上述紧固件中的一个或多个被排除。
的实施例的防漏紧固的紧固件包括夹具，例如诸如软管夹、西德福夹(Stauff clamp)以及
带夹。紧固件还包括导线扎带、电缆扎带、扎带、环氧树脂、粘性密封垫片、水族槽粘合剂、接合剂、洗衣机粘合剂、焊接、加热、铜焊、压接、缠绕、胶合、包裹、铰接、锡焊、夹紧、闩锁件、锚定、销、销钉、搭扣、压条、扣环、夹子、定向能、螺钉、凸缘、螺栓、螺母和/或其中的一个或多个的选择组合。在某些实施例中，上述紧固件中的一个或多个被排除。
[0073] 图5A示出了软管夹，并且图5B示出了半罩的中间区段以及用于电解器装置的实施例的防漏紧固的密封垫片。周带501绕电解装置的周围缠绕并且通过蜗轮组件503的旋
转运动来拧紧。图5B示出了第一中间区段505和第二中间区段507。第一对衬垫条509与
第一中间区段505相邻。第二对衬垫条511与第二中间区段507相邻。该多条衬垫条509
和511通过填塞典型边缘513以及隔膜电极阵列而提供额外的防漏紧固和密封能力。为了
清楚起见，隔膜电极阵列在图5B中未示出。包括粘合剂、密封剂、胶合剂和环氧树脂的添加物的衬垫与任何紧固夹结合使用。衬垫材料的实例包括橡胶、氟橡胶(Viton)、氯丁橡胶、柔性石墨、碳纤维、海帕伦(hypalon)、聚氨酯、硅树脂、PTFE、含氟弹性体、玻璃纤维以及尼龙。
转运动来拧紧。图5B示出了第一中间区段505和第二中间区段507。第一对衬垫条509与
第一中间区段505相邻。第二对衬垫条511与第二中间区段507相邻。该多条衬垫条509
和511通过填塞典型边缘513以及隔膜电极阵列而提供额外的防漏紧固和密封能力。为了
清楚起见，隔膜电极阵列在图5B中未示出。包括粘合剂、密封剂、胶合剂和环氧树脂的添加物的衬垫与任何紧固夹结合使用。衬垫材料的实例包括橡胶、氟橡胶(Viton)、氯丁橡胶、柔性石墨、碳纤维、海帕伦(hypalon)、聚氨酯、硅树脂、PTFE、含氟弹性体、玻璃纤维以及尼龙。
[0074] 图6A示出了带夹，并且图6B示出了西德福夹，该西德福夹用于电解器装置的高温和/或高压实施例的防漏紧固。图6A是带夹601。螺栓603和螺母605用于将带夹601绷
紧。图6B是具有拧紧螺栓609的西德福夹607。这两种夹具都捆绑大致圆形截面的电解器
装置的周边，并且利用旋转运动来紧固第一半罩、隔膜电极阵列以及第二半罩，以对电解装置进行防漏紧固。
紧。图6B是具有拧紧螺栓609的西德福夹607。这两种夹具都捆绑大致圆形截面的电解器
装置的周边，并且利用旋转运动来紧固第一半罩、隔膜电极阵列以及第二半罩，以对电解装置进行防漏紧固。
[0075] 图7A和7B示出了用于将隔膜701密封在不可渗透框架703中的定向能的使用。图7A示出了邻接不可渗透框架703的隔膜701的分解图。框架703是不透离子、气体和水
的。框架703的不可渗透特性是绕部件接触的装置的边缘的防漏密封的一部分。在切口的
顶部处的边缘705将隔膜701与顶部空间屏障707分离。水填充液位709指示电解器装置
中的水位。液位709大约在边缘705和框架703的顶边缘之间的中途。图7B是组装图。使
用紧固件711将隔膜701紧固在框架703中。紧固件711例如包括定向能、加热、焊接、锡
焊、熔融和胶合。
的。框架703的不可渗透特性是绕部件接触的装置的边缘的防漏密封的一部分。在切口的
顶部处的边缘705将隔膜701与顶部空间屏障707分离。水填充液位709指示电解器装置
中的水位。液位709大约在边缘705和框架703的顶边缘之间的中途。图7B是组装图。使
用紧固件711将隔膜701紧固在框架703中。紧固件711例如包括定向能、加热、焊接、锡
焊、熔融和胶合。
[0076] 图8A和8B示出了用于电解器装置的实施例的防漏紧固的定向能的使用。图8A示出了所公开的电解器装置实施例的分解透视图。第一多个电极801在图7的镶框隔膜的
第一侧的第一附近区域。图8中不可见的第二多个电极在镶框隔膜的相反的第二侧的第二
附近区域。图8B示出了被夹在第一半罩805和第二半罩807之间的隔膜电极阵列803的
组装透视图。第一半罩805、隔膜电极阵列803以及第二半罩807的防漏紧固通过施加在部
件在其处接触的边缘811处的紧固件809来实现。紧固件例如包括定向能、加热、焊接、锡
焊、熔融和胶合。
第一侧的第一附近区域。图8中不可见的第二多个电极在镶框隔膜的相反的第二侧的第二
附近区域。图8B示出了被夹在第一半罩805和第二半罩807之间的隔膜电极阵列803的
组装透视图。第一半罩805、隔膜电极阵列803以及第二半罩807的防漏紧固通过施加在部
件在其处接触的边缘811处的紧固件809来实现。紧固件例如包括定向能、加热、焊接、锡
焊、熔融和胶合。
[0077] 图9A和9B分别示出了施加电力到在隔膜的相反两侧的附近区域中的多个阳极电极和阴极多个电极的电力源的阳极侧和阴极侧透视图。图9A示出了阳极电极透视图，而图
9B示出了隔膜电极阵列的阴极电极透视图。多个阳极电极901位于隔膜905的第一侧903
的第一附近区域。多个阴极电极907位于隔膜905的相反的第二侧909的第二附近区域。
至少一个电力源的阳极输出共同地接触多个阳极电极901。至少一个电力源的阴极输出共
同地接触多个阴极电极907。
9B示出了隔膜电极阵列的阴极电极透视图。多个阳极电极901位于隔膜905的第一侧903
的第一附近区域。多个阴极电极907位于隔膜905的相反的第二侧909的第二附近区域。
至少一个电力源的阳极输出共同地接触多个阳极电极901。至少一个电力源的阴极输出共
同地接触多个阴极电极907。
[0078] 在某些实施例中，半罩的端部区段是大致平坦的。大致平坦的底部可有利于构造为直立结构的电解器。在其它实施例中，半罩的端部区段可以是部分或基本上类球形或椭
圆体的。这些端部区段的形状可有利于高压和高温电解器。例如，图10示出了电解器装
置的实施例的组装图，其中，半罩包括部分类球形的离散第一端部区段部件1001和部分类
球形的离散第二端部区段部件1003。中间区段1005是基本上圆柱形的。第一多个电触头
1007伸出通过将半罩和隔膜电极阵列紧固而形成的罩。在图10中不可见的隔膜的相反侧
上的第二多个电触头伸出通过将半罩和隔膜电极阵列紧固而形成的罩。在图10中，端部区
段部件1001包括用于氢气和氧气从隔膜电极阵列的阴极侧和阳极侧移除的管。
圆体的。这些端部区段的形状可有利于高压和高温电解器。例如，图10示出了电解器装
置的实施例的组装图，其中，半罩包括部分类球形的离散第一端部区段部件1001和部分类
球形的离散第二端部区段部件1003。中间区段1005是基本上圆柱形的。第一多个电触头
1007伸出通过将半罩和隔膜电极阵列紧固而形成的罩。在图10中不可见的隔膜的相反侧
上的第二多个电触头伸出通过将半罩和隔膜电极阵列紧固而形成的罩。在图10中，端部区
段部件1001包括用于氢气和氧气从隔膜电极阵列的阴极侧和阳极侧移除的管。
[0079] 图11A和11B分别示出了包括电解器装置的过渡件端部区段实施例的半罩的剖切透视图和立面图。图11A包括示出包括锥形顶端部区段1101和圆柱形中间区段1103的电
解器实施例的剖切透视图。为了清楚起见，隔膜电极阵列和底端部区段在图11中未示出。
顶部空间屏障1105始于边缘1107上方，该边缘1107还标记隔膜电极阵列的上边缘的位
置。标记1109指示电解器中的水填充水平。标记1109在边缘1107和边缘111之间，边缘
111标记到端部区段1101的锥形的过渡部。箭头1113指向中间区段1103的内部，容纳水
的空间。上端部区段1101捕获水中升起并进入标记1109上方的顶部空间的气泡。上端部
区段1101将顶部空间中的气体汇集到流管1115，所述流管1115流体连接到顶部空间，用于
气体移除以及后续使用或储存。为了稳定性和热接触，管1115能够指向下并从外部紧固到
中间区段1103。标记1109上方的顶部空间能够配有折流板并涂有亲水表面，以使由水蒸气
吸附引起的蒸发水分损失最小化。亲水材料的实例包括丙烯酸树脂、胺官能聚合物、醚、苯乙烯、乙烯酸和乙烯醇。水在电解过程期间被消耗。根据需要将置换水添加到电解器。
解器实施例的剖切透视图。为了清楚起见，隔膜电极阵列和底端部区段在图11中未示出。
顶部空间屏障1105始于边缘1107上方，该边缘1107还标记隔膜电极阵列的上边缘的位
置。标记1109指示电解器中的水填充水平。标记1109在边缘1107和边缘111之间，边缘
111标记到端部区段1101的锥形的过渡部。箭头1113指向中间区段1103的内部，容纳水
的空间。上端部区段1101捕获水中升起并进入标记1109上方的顶部空间的气泡。上端部
区段1101将顶部空间中的气体汇集到流管1115，所述流管1115流体连接到顶部空间，用于
气体移除以及后续使用或储存。为了稳定性和热接触，管1115能够指向下并从外部紧固到
中间区段1103。标记1109上方的顶部空间能够配有折流板并涂有亲水表面，以使由水蒸气
吸附引起的蒸发水分损失最小化。亲水材料的实例包括丙烯酸树脂、胺官能聚合物、醚、苯乙烯、乙烯酸和乙烯醇。水在电解过程期间被消耗。根据需要将置换水添加到电解器。
[0080] 图12A和12B分别示出了电解器装置的实施例的剖视透视图和立面图，其中排气流管在装置的外部和内部。图12A包括在装置的外部和内部的排气流管1201的透视图。当
从顶端部区段1203露出时，管1201扭转大约180度，在图12B中指示的位置1205处穿透
端部区段1203，重新进入内部，向下下降穿过顶部空间和水并通过在位置1209处穿透中间
区段1207而在电解器的底部附近露出。所有的穿透是防漏的。图12的实施例可提供多个
优势。首先，管1201在从端部区段1203露出时外露于周围温度可允许承载在管1201内的
气体在重新进入装置之前被冷却。冷却后的气体可用来通过热交换来冷却用于电解的水并
降低蒸发水分损失。第二，如图13进一步指示，管1201的内部垂直部分(plumbing)可提
供用于构造大规模氢气和氧气制造系统的独立的模块化复制单元，其中很多单元被复制并
且其流动通路汇合成更大的气体制造流。由于中间区段的防护，流动通路的管的内部容纳
可使管破裂的可能性最小。第三，也如图13所指示，该实施例可拥有安全特征，这是因为在电解器装置的阴极室和阳极室产生分开的氢气和氧气流，该氢气流和氧气流能够被引导成
沿相反的方向流动并随着气体流的地下放置而流动，从而使产生和处理大量可燃气体的潜
在危险最小化。图13还示出了水添加到电解器装置以置换电解消耗的和蒸发损失的水的
行为。
从顶端部区段1203露出时，管1201扭转大约180度，在图12B中指示的位置1205处穿透
端部区段1203，重新进入内部，向下下降穿过顶部空间和水并通过在位置1209处穿透中间
区段1207而在电解器的底部附近露出。所有的穿透是防漏的。图12的实施例可提供多个
优势。首先，管1201在从端部区段1203露出时外露于周围温度可允许承载在管1201内的
气体在重新进入装置之前被冷却。冷却后的气体可用来通过热交换来冷却用于电解的水并
降低蒸发水分损失。第二，如图13进一步指示，管1201的内部垂直部分(plumbing)可提
供用于构造大规模氢气和氧气制造系统的独立的模块化复制单元，其中很多单元被复制并
且其流动通路汇合成更大的气体制造流。由于中间区段的防护，流动通路的管的内部容纳
可使管破裂的可能性最小。第三，也如图13所指示，该实施例可拥有安全特征，这是因为在电解器装置的阴极室和阳极室产生分开的氢气和氧气流，该氢气流和氧气流能够被引导成
沿相反的方向流动并随着气体流的地下放置而流动，从而使产生和处理大量可燃气体的潜
在危险最小化。图13还示出了水添加到电解器装置以置换电解消耗的和蒸发损失的水的
行为。
[0081] 图14示出了图13的实施例如何可用作包括气体压缩、储存、分配和使用的大规模生产系统的部分的流程图、系统级概览。因为太阳光间歇可用，所以光伏电能是间歇性能
源。风力发电电能不总是可用的。图14的系统说明太阳能和风能如何可被捕获并储存以
备后续使用。核能产生的电能也能够用于氢气和氧气的电解生产。核反应堆可位于相对偏
远地区，并且所生产的氢气能够用管道输送到使用中心。
源。风力发电电能不总是可用的。图14的系统说明太阳能和风能如何可被捕获并储存以
备后续使用。核能产生的电能也能够用于氢气和氧气的电解生产。核反应堆可位于相对偏
远地区，并且所生产的氢气能够用管道输送到使用中心。
[0082] 图15示出了包括用于与周围环境热交换的热沉的电解器装置的实施例的详细透视图。导热片1501被应用到半罩的中间区段。用于热交换的热沉技术也能够应用到管1503
和端部区段1505。能够通过选择薄壁导热材料来制造半罩而进一步增强热沉技术的利用。
和端部区段1505。能够通过选择薄壁导热材料来制造半罩而进一步增强热沉技术的利用。
[0083] 电解器装置的某些实施例将汇流条连接器与热沉技术结合以用于冷却和抑制水分蒸发。图16A、16B和16C分别示出了电接触第一多个电极并包括热沉的汇流条的透视图、俯视图和前立面图。在隔膜1603的第一侧的第一附近区域的第一多个电极1601电接触并
热接触汇流条1605。汇流条1605还包括通过与周围流体热交换而被冷却的一个或多个热
沉鳍片1607。具有热沉鳍片的类似的第二汇流条与在隔膜1603的相反的第二侧上的第二
附近区域的第二多个电极电接触并热接触。为了清楚起见，具有第二热沉鳍片的第二汇流
条在图16中未示出。“汇流条”是接触在隔膜的其相应侧上的多个电极并且还连接到向电
解器装置供电的电力源的导电体的条。
热接触汇流条1605。汇流条1605还包括通过与周围流体热交换而被冷却的一个或多个热
沉鳍片1607。具有热沉鳍片的类似的第二汇流条与在隔膜1603的相反的第二侧上的第二
附近区域的第二多个电极电接触并热接触。为了清楚起见，具有第二热沉鳍片的第二汇流
条在图16中未示出。“汇流条”是接触在隔膜的其相应侧上的多个电极并且还连接到向电
解器装置供电的电力源的导电体的条。
[0084] 在某些实施例中，隔膜和电极不伸出半罩。在这些实施例中，与相应的多个电极电接触是通过被夹在紧贴隔膜电极阵列的半罩的边缘之间的金属条进行的。隔膜的暴露面和边缘被密封以防止流体从电解器漏出。密封件包括软管夹、导线扎带、电缆扎带、扎带、环氧树脂、粘性密封垫片、水族槽密封剂、洗衣机密封剂、焊接、加热、定向能和/或其中的一个或多个的选择组合。图17A和17B分别示出了具有与在隔膜的相反侧上的多个电极形成
电接触的结合凸片的接触条的分解和组装中间区段透视图。第一电接触条1701与在隔膜
1707的第一侧1705的第一附近区域的第一多个电极1703形成电接触。第二电接触条1709
与在隔膜1707的相反的第二侧的第二附近区域的图17中不可见的第二多个电极形成电接
触。如图17B所示，电接触条1701和1709通过第一半罩1711和第二半罩1714紧贴到在
其相应侧上的第一多个电极和第二多个电极。第一电接触凸片1715电连接到第一电接触
条1701。第二电接触凸片1717电连接到第二电接触条1709。电接触凸片伸出第一和第二
半罩，从而与电力源接触。
电接触的结合凸片的接触条的分解和组装中间区段透视图。第一电接触条1701与在隔膜
1707的第一侧1705的第一附近区域的第一多个电极1703形成电接触。第二电接触条1709
与在隔膜1707的相反的第二侧的第二附近区域的图17中不可见的第二多个电极形成电接
触。如图17B所示，电接触条1701和1709通过第一半罩1711和第二半罩1714紧贴到在
其相应侧上的第一多个电极和第二多个电极。第一电接触凸片1715电连接到第一电接触
条1701。第二电接触凸片1717电连接到第二电接触条1709。电接触凸片伸出第一和第二
半罩，从而与电力源接触。
[0085] 对于高温电解器的设计和构造，隔膜和电极伸出组装好的半罩的程度增加。图18A、18B、18C和18D分别示出了包括伸出的电触头区域的高温电解器装置的中间区段透视
图、俯视图、正视图和右视图。在电触头边缘1803处的用于电触头的增加伸出1801足够大，使得电触头边缘1803的温度由于与周围环境温度热交换而比电解器的发热区域1805和发
热区域1807的温度低。对于高温蒸汽电解，电触头边缘1803可位于发热区域1805和1807
下方，这是由于热对流而进一步有利于电触头边缘1803的更低温度的位置。隔膜的所有暴
露边缘和表面被密封以防止泄漏。
图、俯视图、正视图和右视图。在电触头边缘1803处的用于电触头的增加伸出1801足够大，使得电触头边缘1803的温度由于与周围环境温度热交换而比电解器的发热区域1805和发
热区域1807的温度低。对于高温蒸汽电解，电触头边缘1803可位于发热区域1805和1807
下方，这是由于热对流而进一步有利于电触头边缘1803的更低温度的位置。隔膜的所有暴
露边缘和表面被密封以防止泄漏。
[0086] 图19A和19B分别示出了与循环水泵一起使用的电解器装置的实施例的半罩的透视图和立面剖视图。排水管1901浸没在水位标记1903下方。回水管1905在水位标记
1903下方穿透半罩1907。为了清楚起见，隔膜电极阵列和底部区段在图19中未示出。
1903下方穿透半罩1907。为了清楚起见，隔膜电极阵列和底部区段在图19中未示出。
[0087] 图20示出了使用图19的装置的系统的实例。在图20中，组装好的图19的电解器实施例是更大的系统的部件。在图20中，含氢气的水经由移除管2001从电解器移除并
经由路径2003送到氢气分离/移除单元2005，用于从水分离氢气。除去氢气的水经由回水
路径2007以及回水管2009返回到电解器。类似地，在分离的循环流动系统中，含氧气的水
经由移除管2011从电解器移除并经由路径2013送到氧气分离/移除单元2015，用于从水
分离氧气。除去氧气的水经由回水路径2017和回水管2019返回到电解器。循环泵可沿任
一方向运行。位置2021标记被夹在第一半罩2023和第二半罩2025之间的隔膜电极阵列
的位置。
经由路径2003送到氢气分离/移除单元2005，用于从水分离氢气。除去氢气的水经由回水
路径2007以及回水管2009返回到电解器。类似地，在分离的循环流动系统中，含氧气的水
经由移除管2011从电解器移除并经由路径2013送到氧气分离/移除单元2015，用于从水
分离氧气。除去氧气的水经由回水路径2017和回水管2019返回到电解器。循环泵可沿任
一方向运行。位置2021标记被夹在第一半罩2023和第二半罩2025之间的隔膜电极阵列
的位置。
[0088] 可存在对具有简化的电极更换和维修的电解器的需求。公开了这样的电解器装置的实施例，其中，用过的电极的移除通过将电极滑进和滑出电解器而不用将装置拆卸来实
现。电解器电极通过例如压紧O形环或压紧管配件而保持在位。通过稍微松开配件并将替
换电极紧固到电解器电极，替换通过滑动电极以移除用过的装置电极并用新的或翻新的替
换电极来替换用过的装置电极而实现。图21A示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间
区段分解图。图21B示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段组装图，其中替换电
极邻近待通过滑动而替换的电极。图21C示出了用于将电解器装置中的电极紧固到替换电
极，以用于装置中的电极的可滑动替换的紧固件的详细前透视图和后透视图。该电解器装
置包括：(i)第一半罩2101；(ii)第二半罩2103；(iii)定位在第一半罩2101和第二半罩
2103之间的隔膜2105；(iv)紧固件，该紧固件在图21中未示出，用于将第一半罩2101、隔
膜2105以及第二半罩2103防漏紧固；(v)第一半罩2101中的至少一对密封联轴节2107
以及第二半罩2103中的至少一对密封联轴节2109，其被构造成将至少一个电极可滑动地
接纳并定位在第一半罩2101中以及将至少一个电极可滑动地接纳并定位在第二半罩2109
中，密封联轴节对2107的后部元件以及密封联轴节对2109的后部元件在图21中不可见；
(vi)可滑动并密封地定位在第一半罩2101中的至少一个电极2111，其中该至少一个电极
包括第一端2113和第二端2115；(vii)用于定位在第一半罩2101中的所述至少一个电极
2111的至少一个替换电极2117(图21B)；(viii)紧固件2119(图21C)，该紧固件2119用于
将所述至少一个替换电极2117(图21B)紧固到第一半罩2101中的所述至少一个电极2111
的第一端2113(图21A)或第二端2115，从而第一半罩2101中的所述至少一个电极2111能
够从第一半罩2101滑动地移除并用所述至少一个替换电极2117(图21B)来替换；(ix)可
滑动并密封地定位在第二半罩203中的至少一个电极2121(图21A)，其中该至少一个电极
2121包括第一端2123和第二端2125；(x)用于定位在第一半罩2103中的所述至少一个电
极2121的至少一个替换电极2127(图21B)；以及(xi)紧固件2129，该紧固件2129用于将
所述至少一个替换电极2127紧固到第二半罩2103中的所述至少一个电极2121的第一端
或第二端，从而第二半罩中的所述至少一个电极2121能够从第二半罩2103滑动地移除并
用所述至少一个替换电极2127来替换。
现。电解器电极通过例如压紧O形环或压紧管配件而保持在位。通过稍微松开配件并将替
换电极紧固到电解器电极，替换通过滑动电极以移除用过的装置电极并用新的或翻新的替
换电极来替换用过的装置电极而实现。图21A示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间
区段分解图。图21B示出了包括可滑动电极的电解器装置的中间区段组装图，其中替换电
极邻近待通过滑动而替换的电极。图21C示出了用于将电解器装置中的电极紧固到替换电
极，以用于装置中的电极的可滑动替换的紧固件的详细前透视图和后透视图。该电解器装
置包括：(i)第一半罩2101；(ii)第二半罩2103；(iii)定位在第一半罩2101和第二半罩
2103之间的隔膜2105；(iv)紧固件，该紧固件在图21中未示出，用于将第一半罩2101、隔
膜2105以及第二半罩2103防漏紧固；(v)第一半罩2101中的至少一对密封联轴节2107
以及第二半罩2103中的至少一对密封联轴节2109，其被构造成将至少一个电极可滑动地
接纳并定位在第一半罩2101中以及将至少一个电极可滑动地接纳并定位在第二半罩2109
中，密封联轴节对2107的后部元件以及密封联轴节对2109的后部元件在图21中不可见；
(vi)可滑动并密封地定位在第一半罩2101中的至少一个电极2111，其中该至少一个电极
包括第一端2113和第二端2115；(vii)用于定位在第一半罩2101中的所述至少一个电极
2111的至少一个替换电极2117(图21B)；(viii)紧固件2119(图21C)，该紧固件2119用于
将所述至少一个替换电极2117(图21B)紧固到第一半罩2101中的所述至少一个电极2111
的第一端2113(图21A)或第二端2115，从而第一半罩2101中的所述至少一个电极2111能
够从第一半罩2101滑动地移除并用所述至少一个替换电极2117(图21B)来替换；(ix)可
滑动并密封地定位在第二半罩203中的至少一个电极2121(图21A)，其中该至少一个电极
2121包括第一端2123和第二端2125；(x)用于定位在第一半罩2103中的所述至少一个电
极2121的至少一个替换电极2127(图21B)；以及(xi)紧固件2129，该紧固件2129用于将
所述至少一个替换电极2127紧固到第二半罩2103中的所述至少一个电极2121的第一端
或第二端，从而第二半罩中的所述至少一个电极2121能够从第二半罩2103滑动地移除并
用所述至少一个替换电极2127来替换。
[0089] 为了将水电解分成氢气和氧气，水被添加到电解器装置并且向电极供电。与电极的电接触以及电力源能够以多种方式实现。例如，单一电压或电流源能够施加到单一阳极/阴极对。电力源能够是包括至少一个输出对的电力源。此外，边缘连接器包括多个接触点，该多个接触点与伸出半罩的多个阳极/阴极电极的电极对分别地匹配。边缘连接器的实例
可在Digi-Key公司(Thief River Falls,MN 56701)目录中发现，其内容再次全部以引用
的方式并入。
可在Digi-Key公司(Thief River Falls,MN 56701)目录中发现，其内容再次全部以引用
的方式并入。
[0090] 公开了一种制造在电解器装置中使用的隔膜电极阵列的方法。该方法包括：(i)将隔膜安装在导线施加机上，该隔膜通过离子而阻止气体通过；(ii)使用导线施加机在隔
膜的第一侧的第一附近区域以及在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域施加导线；(iii)
将第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩紧固，从而形成防漏罩，以及；(iv)修剪导线；由此制成在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和电解器装置。
膜的第一侧的第一附近区域以及在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域施加导线；(iii)
将第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩紧固，从而形成防漏罩，以及；(iv)修剪导线；由此制成在电解器装置中使用的隔膜电极阵列和电解器装置。
[0091] 图22A是导线在其使用渐进式轴向旋转绕线法被施加到隔膜时的透视图。图22B和22C分别示出了使用渐进式轴向旋转绕线法将导线施加到隔膜的俯视图和前立面图。图
22A、22B和22C示出了绕由旋转箭头对2203限定的轴线旋转的隔膜2201。箭头2205指示
隔膜的线性运动。导线2207沿由箭头2209所指示的方向被馈送到隔膜2201。旋转和线性
运动同步以接纳导线2207。随着隔膜2201旋转并沿箭头2205的方向线性移动，导线施加
在隔膜2201的第一侧的第一附近区域以及在隔膜2201的相反的第二侧的第二附近区域。
22A、22B和22C示出了绕由旋转箭头对2203限定的轴线旋转的隔膜2201。箭头2205指示
隔膜的线性运动。导线2207沿由箭头2209所指示的方向被馈送到隔膜2201。旋转和线性
运动同步以接纳导线2207。随着隔膜2201旋转并沿箭头2205的方向线性移动，导线施加
在隔膜2201的第一侧的第一附近区域以及在隔膜2201的相反的第二侧的第二附近区域。
[0092] 隔膜的制备包括隔膜材料的选择、将隔膜材料切成适当大小以及将导线锚固到隔膜。制备好的隔膜被安装在导线施加机上。导线施加机未示出。可使用的绕线机包括在一
下文献中描述的绕线机，William Querfurth的《Coil Winding：A Description of Coil Winding Procedures,Winding Machines and Associated Equipment》(G.Stevens Mfg.
Co.Pub.1954,128页)以及Carl Hering的《Practical Directions for Winding Magnets
for Dynamos》(BiblioBazaar，2008年重新印刷，76页)。这两本书的内容全部以引用的方式并入本文。隔膜包括通过离子而阻止气体通过的材料。
下文献中描述的绕线机，William Querfurth的《Coil Winding：A Description of Coil Winding Procedures,Winding Machines and Associated Equipment》(G.Stevens Mfg.
Co.Pub.1954,128页)以及Carl Hering的《Practical Directions for Winding Magnets
for Dynamos》(BiblioBazaar，2008年重新印刷，76页)。这两本书的内容全部以引用的方式并入本文。隔膜包括通过离子而阻止气体通过的材料。
[0093] 可存在图22A、22B和22C以及其它图的教导的变型。例如，导线馈送和隔膜之间的相对线性运动可通过例如在隔膜旋转以接纳导线时导线馈送(wire feed)的线性竖直运
动来实现。在图22的方法的这种变型中，隔膜旋转，但不线性移动。是导线源随着导线被
馈送到隔膜而线性移动。将导线施加在隔膜的第一和相反的第二侧的附近的另一实例是渐
进式轨旋转绕线法。
动来实现。在图22的方法的这种变型中，隔膜旋转，但不线性移动。是导线源随着导线被
馈送到隔膜而线性移动。将导线施加在隔膜的第一和相反的第二侧的附近的另一实例是渐
进式轨旋转绕线法。
[0094] 除了是导线馈送绕隔膜轨道旋转同时相对于隔膜线性移动外，渐进式轨旋转绕线法类似于渐进式轴向旋转绕线法。其它导线施加技术包括蛇形绕线法、渐进式轴向旋转闩
锁绕线法以及独立导线股放置法。绕线的某些实施例使用绕隔膜的同轴套筒来在绕线过程
期间增强和支承隔膜。在某些实施例中，旋转和线性运动通过诸如机器人技术、机器人视
觉、机器视觉以及/或数字控制运动装置、系统或定位器的自动化制造技术实施。
锁绕线法以及独立导线股放置法。绕线的某些实施例使用绕隔膜的同轴套筒来在绕线过程
期间增强和支承隔膜。在某些实施例中，旋转和线性运动通过诸如机器人技术、机器人视
觉、机器视觉以及/或数字控制运动装置、系统或定位器的自动化制造技术实施。
[0095] 导线施加到隔膜后，第一半罩、导线、隔膜以及第二半罩被紧固在一起，并且隔膜的边缘上的导线被修剪，如图23所示。图23A和23B分别示出了第一半壳体、第二半壳体以及导线已经施加到其上的定位在半壳体之间的隔膜的中间区段透视图和立面分解图。图
23C和23D分别示出了第一半壳体、第二半壳体以及导线已经施加到其上的被夹在半壳体
之间的隔膜的中间区段透视图和立面组装图。图23E和23F示出了图23C和23D的视图，
其中导线被从隔膜的边缘修剪，从而第一多个导线电极紧固在隔膜的第一侧的第一附近区
域，而第二多个导线电极紧固在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。
23C和23D分别示出了第一半壳体、第二半壳体以及导线已经施加到其上的被夹在半壳体
之间的隔膜的中间区段透视图和立面组装图。图23E和23F示出了图23C和23D的视图，
其中导线被从隔膜的边缘修剪，从而第一多个导线电极紧固在隔膜的第一侧的第一附近区
域，而第二多个导线电极紧固在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。
[0096] 渐进式轴向旋转闩锁绕线法是渐进式轴向旋转绕线法的变型。由于隔膜通常由诸如例如聚合物的相对柔软的材料制成，图22的绕线方法的变型包括通过在绕线过程期间
使用导线作为切割工具在隔膜上开槽口而将导线闩到隔膜。槽口用作导线的局部闩锁或固
定点，该槽口当集成并用于改变合成旋转和线性运动时可用于在隔膜的第一侧和相反的第
二侧的附近建立交替的导线图案。
使用导线作为切割工具在隔膜上开槽口而将导线闩到隔膜。槽口用作导线的局部闩锁或固
定点，该槽口当集成并用于改变合成旋转和线性运动时可用于在隔膜的第一侧和相反的第
二侧的附近建立交替的导线图案。
[0097] 图24A、24B、24C和24D分别示出了使用蛇形绕线法将导线施加到隔膜的透视图、俯视图、前立面图和右立面图。图24示出了隔膜2401、在隔膜2401的相对两侧上的第一组
引导柱2403和第二组引导柱2405。引导柱2403和2405是导线2407绕其缠绕以在隔膜
2401的两侧上形成蛇形图案的结构。为了清楚起见，图24仅示出了在隔膜2401的一侧上
的蛇形图案。在隔膜的两侧上的蛇形图案完成之后，隔膜2401和导线被夹在第一半罩和第
二半罩之间并用防漏紧固件来紧固，从而形成防漏罩。为了清楚起见，半罩和紧固件在图24中未示出。在切割在两侧上的导线并使防漏罩与引导柱2403和2405分开后，在罩中，第一
多个电极给紧固在隔膜2401的第一侧的第一附近区域而第二多个电极被紧固在隔膜2401
的相反的第二侧的第二附近区域。
引导柱2403和第二组引导柱2405。引导柱2403和2405是导线2407绕其缠绕以在隔膜
2401的两侧上形成蛇形图案的结构。为了清楚起见，图24仅示出了在隔膜2401的一侧上
的蛇形图案。在隔膜的两侧上的蛇形图案完成之后，隔膜2401和导线被夹在第一半罩和第
二半罩之间并用防漏紧固件来紧固，从而形成防漏罩。为了清楚起见，半罩和紧固件在图24中未示出。在切割在两侧上的导线并使防漏罩与引导柱2403和2405分开后，在罩中，第一
多个电极给紧固在隔膜2401的第一侧的第一附近区域而第二多个电极被紧固在隔膜2401
的相反的第二侧的第二附近区域。
[0098] 图25示出了图24所示的蛇形绕线法，其带有另外的间隔件，从而导线位于包括导线与隔膜的第一侧和相反的第二侧之间的空间的附近。间隔件2501是平行于隔膜的第一
和相反的第二侧的条带。间隔件可与任何导线施加方法结合使用。
和相反的第二侧的条带。间隔件可与任何导线施加方法结合使用。
[0099] 蛇形绕线法的另一实施例是省略导线切割动作并将导线缠绕在添加到引导柱的可旋转套圈上。可旋转套圈减小摩擦，使得导线可被拉动穿过电解装置，而不用拆卸电解器装置来根据需要提供新电极，从而简化维护并减少电解器装置停工期。
[0100] 图26A和26B分别示出了已经使用独立导线股放置法施加的导线的透视图和俯视图。独立导线股放置法是将多条导线施加到隔膜的相反侧的另一方法。图26示出了使用独
立导线股放置法将导线施加在隔膜2601的第一侧的第一附近区域以及在隔膜2601的相反
的第二侧的第二附近区域的透视图和俯视图。第一多条独立导线股2603放置在隔膜2601
的第一侧的第一附近。第二多条独立导线股2605放置在隔膜2601的相反的第二侧的第二
附近区域。在放置所述第一多条独立导线股2603和所述第二多条独立导线股2605之后，
导线和隔膜被夹在第一和第二半罩之间并用防漏紧固件紧固到第一和第二半罩，并经受导
线修剪，从而在形成的罩中，第一多个导线电极被紧固在隔膜的第一侧的第一附近区域，并且第二多个导线电极被紧固在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。
立导线股放置法将导线施加在隔膜2601的第一侧的第一附近区域以及在隔膜2601的相反
的第二侧的第二附近区域的透视图和俯视图。第一多条独立导线股2603放置在隔膜2601
的第一侧的第一附近。第二多条独立导线股2605放置在隔膜2601的相反的第二侧的第二
附近区域。在放置所述第一多条独立导线股2603和所述第二多条独立导线股2605之后，
导线和隔膜被夹在第一和第二半罩之间并用防漏紧固件紧固到第一和第二半罩，并经受导
线修剪，从而在形成的罩中，第一多个导线电极被紧固在隔膜的第一侧的第一附近区域，并且第二多个导线电极被紧固在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域。
[0101] 图26的独立导线股放置方法的变型是使第一多条独立导线股2603和第二多条独立导线股2605中的导线不修剪并将导线安装在馈送绕线筒和拉紧绕线筒上。该实施例向
导线电极提供移动性，从而导线可拉到拉紧绕线筒并进入电解器以根据需要提供新电极而
不用拆卸电解器装置。该实施例简化了操作、维护并减少了装置停工期。
导线电极提供移动性，从而导线可拉到拉紧绕线筒并进入电解器以根据需要提供新电极而
不用拆卸电解器装置。该实施例简化了操作、维护并减少了装置停工期。
[0102] 在某些实施例中，电极处于离隔膜预定距离处。该预定距离是精确地、大约、小于或大到例如0.0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.5、1.0、5、10、50、100、500毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的距离。物理接触隔膜的电极能够通过诸如喷溅、化学气相、物理气相、蒸发、电解、着墨、化学镀以及原子层沉积技术中的一种或多种已知沉积技术来施加。Donald M.Mattox(2010年5月19日)的《The Handbook of Physical Vapor Deposition Processing,Second Edition》公开了可使用的方法并且
其内容全部以引用的方式并入。
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[0103] 预定大小的电极用于所公开隔膜电极阵列的某些实施例。单个电极的最长尺寸受组装好的装置的横截面大小支配。例如，如果图1B组装好的结构的横截面是近似圆，每
个电极的长度将大约是圆的直径大小加上伸出(如果有的话)。每个电极的预定长度是精
确地、大约、小于或长达例如0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、
500、1000厘米或在由上述数值的任意两个界定的范围内的长度。电极不含有绝缘涂层。
个电极的长度将大约是圆的直径大小加上伸出(如果有的话)。每个电极的预定长度是精
确地、大约、小于或长达例如0.1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、
500、1000厘米或在由上述数值的任意两个界定的范围内的长度。电极不含有绝缘涂层。
[0104] 单个电极的横截面是这样的几何形状，其平面垂直于电极的长度方向。例如，如果电极的横截面是圆，则横截面的最长线性尺寸是该圆的直径。对于隔膜电极阵列的某些实施例，使用电极横截面的最长线性尺寸的预定大小。电极横截面的最长线性尺寸的预定大
小是精确地、大约、小于或大到例如0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、
1、2、3、4、5、10、100、1000毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的尺寸。术语“大小”在用于描述电极的尺寸时包括电极的长度尺寸和/或横截面的最长线性尺寸。
小是精确地、大约、小于或大到例如0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、
1、2、3、4、5、10、100、1000毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的尺寸。术语“大小”在用于描述电极的尺寸时包括电极的长度尺寸和/或横截面的最长线性尺寸。
[0105] 对于在隔膜的第一侧的第一附近区域的第一多个电极的电极的某些实施例，使用预定内部多个间距。对于在隔膜的相反的第二侧的第二附近区域的第二多个电极的电极的
某些实施例，使用预定内部多个间距。内部多个相邻电极之间的预定间距是精确地、大约、小于或大到例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、
40、50、100毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的尺寸。
某些实施例，使用预定内部多个间距。内部多个相邻电极之间的预定间距是精确地、大约、小于或大到例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、
40、50、100毫米或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的尺寸。
[0106] 对于每个电极装置的某些实施例，使用预定数量的电极。电极的预定数量是精确地、大约、大于或不小于例如4、6、8、10、30、50、100、150、200、300、400、500、600、700、800、
900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、50,000、100,000或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的数量。
900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、50,000、100,000或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的数量。
[0107] 对于某些实施例，使用每阳极电极和每阴极电极的预定平均电流值。每个阴极电极的平均电流是指在多个阴极和多个阳极之间流动的总电流除以阴极的数量。相似定义适
用于每阳极电极平均电流。每阳极电极和/或每阴极电极的预定平均电流值是精确地、大
约、小于或大到例如0.001、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、
5、6、7、8、9、10、50、100、500、1000、5000毫安培或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的电流。在某些实施例中，包括上述预定数值中的没有一个、一些、全部。
用于每阳极电极平均电流。每阳极电极和/或每阴极电极的预定平均电流值是精确地、大
约、小于或大到例如0.001、0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、
5、6、7、8、9、10、50、100、500、1000、5000毫安培或在由上述数值中的任意两个界定的范围内的电流。在某些实施例中，包括上述预定数值中的没有一个、一些、全部。
[0108] (i)每电极的预定大小，(ii)相邻电极之间的预定内部多数间距，(iii)每个电解器装置的预定电极数量，(iv)每阳极电极和/或每阴极电极的预定平均电流值以及(V)电
极离隔膜的预定距离的上述实例中的具体数值的选择取决于所公开的装置和方法的使用
者的功利目的。例如如果使用者目的是使电极腐蚀、系统维护、建造成本、装置高度最小化，使电转化效率和运行寿命最大化并建造在相对较便宜土地上的氢气和氧气制造的电解系
统，则在上述预定数值中的选择有利于较低电流密度、靠近隔膜的电极以及具有较短高度
的电解器。在另一方面，如果制造系统建造在相对昂贵土地上，如在市区中，其中每单位土地面积的最高产量是因素，则较高电流密度、较高电解器、电极和隔膜之间的增加间距以及每电解器较多电极是有利的。
极离隔膜的预定距离的上述实例中的具体数值的选择取决于所公开的装置和方法的使用
者的功利目的。例如如果使用者目的是使电极腐蚀、系统维护、建造成本、装置高度最小化，使电转化效率和运行寿命最大化并建造在相对较便宜土地上的氢气和氧气制造的电解系
统，则在上述预定数值中的选择有利于较低电流密度、靠近隔膜的电极以及具有较短高度
的电解器。在另一方面，如果制造系统建造在相对昂贵土地上，如在市区中，其中每单位土地面积的最高产量是因素，则较高电流密度、较高电解器、电极和隔膜之间的增加间距以及每电解器较多电极是有利的。
[0109] 所公开的实施例可提供相对于现有电解器的优势。一个优势可以是减缓电极的腐蚀速度。该优势可基于电极中的电子流动的固有通路以及电子材料中的电子流动和腐蚀机
理。例如参见E.E.Stansbury和R.A.Buchanan(ASM International,Materials Park,Ohio)
的《E.E.Stansbury and R.A.Buchanan》、B.Glowacki,M.Vickers 和 E.Maher(Azo
Materials,Sydney,Australia)的论文“Grain Boundaries and Electronic Material”以及J.Kruger(Case Western Reserve University,Cleveland,Ohio)在《Electrochemistry Encyclopedia》中的论文“Electrochemistry of Corrosion”，其内容全部以引用的方式并入。电子材料中的粒子边界的存在可阻碍并使引起局部发热的电流的流动转向。其它导电
通路可变得更高度重要，这是由于它们必须输送更大电流。这能够引起“热失控”效应和腐蚀。该问题与大金属板高电流电极有关。多个电极可通过限制导线中的电流流动例如基本
上向导线的方向从而限制阻碍、转向和局部发热的选项来降低问题的严重性。所公开的实
施例的实际效用是，对于给定电流和质量的电极材料，与相同质量的单电极对相比，相同量的氢气和氧气可在较低电流密度下通过多对电极制造，从而减缓电极的腐蚀速度，减小过
电位并且提高电能转化成氢气能的效率。
理。例如参见E.E.Stansbury和R.A.Buchanan(ASM International,Materials Park,Ohio)
的《E.E.Stansbury and R.A.Buchanan》、B.Glowacki,M.Vickers 和 E.Maher(Azo
Materials,Sydney,Australia)的论文“Grain Boundaries and Electronic Material”以及J.Kruger(Case Western Reserve University,Cleveland,Ohio)在《Electrochemistry Encyclopedia》中的论文“Electrochemistry of Corrosion”，其内容全部以引用的方式并入。电子材料中的粒子边界的存在可阻碍并使引起局部发热的电流的流动转向。其它导电
通路可变得更高度重要，这是由于它们必须输送更大电流。这能够引起“热失控”效应和腐蚀。该问题与大金属板高电流电极有关。多个电极可通过限制导线中的电流流动例如基本
上向导线的方向从而限制阻碍、转向和局部发热的选项来降低问题的严重性。所公开的实
施例的实际效用是，对于给定电流和质量的电极材料，与相同质量的单电极对相比，相同量的氢气和氧气可在较低电流密度下通过多对电极制造，从而减缓电极的腐蚀速度，减小过
电位并且提高电能转化成氢气能的效率。
[0110] 所公开的实施例可借助电解装置的使用解决背景部分所述的关于氢气和氧气制造的实际大规模实施的问题。具体地说，实施例可简化结构设计、实施现代自动化技术以及使制造所需的金属量最少。此外，所公开的实施例的模块化性质可更容易使它们本身适用
于大规模集成系统工业放大。
于大规模集成系统工业放大。
[0111] 已经描述的部件、步骤、特征、目的、益处和优点仅是说明性的。它们或涉及它们的讨论都不旨在以任何的方式限制保护范围。很多其它实施例也被考虑到了。这些包括具有更少、另外和/或不同的部件、步骤、特征、目的、益处和优势的实施例。这些也包括其中部件和/或步骤不同地布置和/或安排的实施例。
[0112] 除非另作说明，在本说明书中阐述、包含在以下权利要求书中的所有量度、数值、速度、位置、幅度、大小和其它规格是近似的，而不是精确的。它们旨在具有与它们涉及的功能并与它们适合的技术惯例一致的合理范围。
[0113] 在本公开中已经引用的所有论文、专利、专利申请以及其它出版物以引用的方式并入本文。
[0114] 短语“用于…的装置”当用于权利要求中时旨在并应解释成包含已经描述的相应结构和材料及其等同物。类似地，短语“的步骤”当用于权利要求中时旨在并应解释成包含已经描述的相应动作及其等同物。权利要求没有这些短语意思是权利要求不旨在且不应解
释成局限于这些结构、材料或动作或其等同物。
释成局限于这些结构、材料或动作或其等同物。
[0115] 保护范围仅由现在遵循的权利要求书限制。该范围意指并应解释成当根据本说明书以及遵循的诉讼历史解释时，除了具体意思已经阐述的地方外，像与用于权利要求书中
的语言的普遍意思一致的一样宽，并包含所有结构的和功能的等同物。
的语言的普遍意思一致的一样宽，并包含所有结构的和功能的等同物。
[0116] 诸如“第一”和“第二”等等的相关术语可仅用于将一个实体或动作与另一个区别开，而不一定规定或表明它们之间的任何实际关系或顺序。术语“包括”、“包含”及其任何其它变型当在说明书或权利要求书中连同一系列元件使用时，旨在表明该清单不是排它性的，并且可包括其它元件。类似地，前面加“一”或“一个”的元件，如果没有进一步限制的话，不排除存在另外的相同类型的元件。
[0117] 所有权利要求都不旨在包含不满足专利法的章节101、102或103的要求的主题，它们应不以这样的方式解释。这种主题的非故意覆盖由此不被要求权利。除了如仅在本段
规定的外，没有已经规定或说明的任何事物意指或应被解释成引起任何部件、步骤、特征、目的、益处、优点的贡献或相当于公开，不管它是否在权利要求书中叙述。
规定的外，没有已经规定或说明的任何事物意指或应被解释成引起任何部件、步骤、特征、目的、益处、优点的贡献或相当于公开，不管它是否在权利要求书中叙述。
[0118] 提供摘要来帮助读者快速确定技术发明的性质。应当理解，其将不用于解释或限制权利要求书的范围或意思。此外，上述具体实施方式中的各种特征在各种实施例中组合
在一起以使本发明简单化。这种公开方法不应被解释为要求所声称的实施例要求比每个权
利要求中明确叙述的特征更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的那样，发明主题在于比单个上述所公开的实施例的所有特征更少的特征。因此，以下权利要求由此包含在具体
实施方式之中，而各权利要求本身可作为单独声称的主题。
在一起以使本发明简单化。这种公开方法不应被解释为要求所声称的实施例要求比每个权
利要求中明确叙述的特征更多的特征。而是，如以下权利要求所反映的那样，发明主题在于比单个上述所公开的实施例的所有特征更少的特征。因此，以下权利要求由此包含在具体
实施方式之中，而各权利要求本身可作为单独声称的主题。
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