用于电解槽的盒的冷却单元的制作方法

背景技术：

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

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

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

4、直流电解(效率最多80％至85％)可以用于产生氢气，该氢气又可以经由甲烷化转化为甲烷(ch4)，或将氢气与co2一起转化为甲醇，或转化为其他物质。

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

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

7、碱性水电解有两个电极在氢氧化钾(koh)或氢氧化钠(naoh)的液体碱性电解质溶液中操作。这些电极由隔膜分开，从而将产物气体氧气o2和氢气h2分开，并将氢氧根离子(oh-)从一个电极输送到另一个电极。

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

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

技术实现思路

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

2、本发明提供了一种用于电解槽的盒，该盒包括两个冷却板，这两个冷却板彼此接触并在这两个冷却板之间形成冷却流动路径，该盒进一步包括两个电解质板，每个电解质板接触这些冷却板之一，其中，冷却流动路径的至少一部分被分成多个冷却单元，每个冷却单元经由冷却单元入口连接到冷却单元供应通道并经由冷却单元出口连接到冷却单元返回通道，从而形成从冷却单元入口到冷却单元出口穿过每个冷却单元的冷却流动路径，其中，冷却单元沿两个方向分布在冷却板上。

3、因此，本发明提供了一种用于电解槽的盒。该盒包括两个冷却板以及例如呈阳极电解质板和阴极电解质板形式的两个电解质板。这些板布置在盒内，使得两个冷却板彼此接触、即面向彼此，从而在它们之间形成冷却流动路径。这些电解质板各自在其中一个冷却板的与面向另一冷却板的那侧相反的一侧上接触或面向该相应一个冷却板。相应地，在每个冷却板与邻近于其布置的电解质板之间形成电解质路径。因此，流经冷却流动路径的冷却流体向在每个电解质路径中流动的电解质流体提供冷却。这将在下面进一步详细描述。

4、电解槽盒可以与几个其他电解槽盒叠置以形成电解槽。

5、冷却流动路径的至少一部分被分成多个冷却单元。每个冷却单元经由冷却单元入口连接到冷却单元供应通道并且经由冷却单元出口连接到冷却单元返回通道。相应地，给定的冷却单元从与其连接的冷却单元供应通道接收冷却流体，冷却流体穿过冷却单元并经由冷却单元出口离开冷却单元并进入与冷却单元连接的冷却单元返回通道。换句话说，从冷却单元入口到冷却单元出口并且由此从冷却单元供应通道到冷却单元返回通道穿过冷却单元限定或形成冷却流动路径。该穿过冷却单元的冷却流动路径形成了限定在两个冷却板之间的冷却流动路径的一部分。

6、冷却单元沿两个方向分布在冷却板上。这两个方向可以例如是冷却板的长度方向和冷却板的基本上垂直于长度方向(比如沿着冷却板的宽度方向)的横向方向。替代性地，这两个方向可以以不同的方式布置。例如，这两个方向可以是冷却板的两个基本对角的方向。在任何情况下，冷却单元以限定二维图案或二维阵列的方式分布在冷却板上。相应地，这些冷却单元中的每一个为冷却板的小区域提供冷却，并且这些小区域跨冷却板二维地分布。由于每个冷却单元直接从冷却单元供应通道接收冷却流体的供应，因此这允许在这些冷却板的整个区域上实现均匀且高效的冷却。这允许对在阳极电解质路径中流动的阳极电解质流体以及在阴极电解质路径中流动的阴极电解质流体进行高效冷却。相应地，可以由此获得阳极电解质流体以及阴极电解质流体的合适温度。这确保了电解槽能够以高效的方式操作。

7、冷却单元供应通道和/或冷却单元返回通道可以以对在其中流动的冷却流体造成的阻碍最小的方式进行设计。在这种情况下，确保了冷却流体可以快速且高效地到达所有冷却单元，并且可以确保来自所有冷却单元的高效冷却。

8、该盒可以包括各自向冷却单元的子集供应冷却流体或从冷却单元的子集接收冷却流体的若干冷却单元供应通道和/或若干冷却单元返回通道。作为替代方案，所有冷却单元可以连接到单一冷却单元供应通道和单一冷却单元返回通道。

9、该盒可以进一步包括覆盖这些电解质板中的至少一个电解质板的区域的至少一个膜，并且冷却板可以形成有冷却单元，这些冷却单元至少分布在被布置成与该至少一个电解质板的被膜覆盖的部分接触的区域中。

10、根据该实施例，膜安装在这些电解质板中的至少一个电解质板上。当盒与其他盒叠置以形成电解槽时，膜将被布置在形成一个盒的一部分的阳极电解质板与形成相邻盒的一部分的阴极电解质板之间。相应地，膜允许水力离子(hydronic ion，h-)从阴极电解质板输送到阳极电解质板，同时保持电解产生的产物气体(例如分别是o2和h2)分开。

11、根据该实施例，冷却单元定位在冷却板处，使得它们至少向相邻电解质板的安装有膜的部分提供冷却。因此，冷却单元被布置为尽可能靠近发生电解反应的热源，即靠近活性区域。这确保了整个活性区域上的均匀冷却，因此也确保了整个活性区域上的均匀且正确的温度。相应地，确保了电解反应的正确温度。整个活性区域上的均匀温度提供了电解质板上相同的电阻，并提供了最大的电解效率。

12、冷却单元可以形成有图案，该图案被适配成接触所连接的相邻冷却板的类似图案，从而在冷却单元内形成冷却路径。根据该实施例，当两个冷却板被连接而在其间形成具有冷却单元的冷却流动路径时，形成在一个冷却板上的图案与形成在另一冷却板上的图案接触。这在各个冷却单元内产生了障碍物，并且这些障碍物迫使冷却流体在从冷却单元入口到冷却单元出口穿过冷却单元时多次改变方向。这得到非常高效的冷却。

13、该图案可以为波纹图案，并且所连接的相邻冷却板的波纹图案可以定位成彼此交叉并且在交叉点处相接触。根据该实施例，形成在相应冷却板上的图案之间的接触呈基本均匀地分布在每个冷却单元上的几个小接触点的形式。这得到每个冷却单元上高度均匀且高效的冷却。

14、作为波纹图案的替代方案，该图案可以是任何其他合适的类型，比如人字形、凹痕形式等，只要该图案引起冷却流体改变方向即可。

15、根据一个实施例，图案可以不接触位于冷却板的与接触另一个冷却板的那侧相反的一侧处的电解质板。在这种情况下，如上所述，该图案影响在冷却单元中流动的冷却流体流，但不影响在相应冷却板与它们的相邻电解质板之间延伸的相应电解质流动路径中的电解质流体流。相应地，电解质流体可以基本不受形成在相应冷却板上的图案阻碍地穿过电解质流动路径。

16、接触柱可以分布在冷却板上、位于冷却单元内。这两个冷却板中的每一个的接触柱可以背向另一个冷却板并指向邻近于这些冷却板定位的相应电解质板。根据该实施例，接触柱支撑该盒的这些板并在这些板的整个区域上确保冷却板与相应的相邻电解质板之间的适当距离，而基本上不受盒内的压力条件的影响。

17、接触柱可以形成冷却板的一部分并且与相邻的电解质板接触。接触柱可以例如通过焊接或软焊固定地附接到电解质板。作为替代方案，可以简单地通过将板压在一起来推动接触柱与相应的电解质板接触。

18、作为使接触柱形成冷却板的一部分的替代方案，它们可以形成电解质板的一部分，并且被附接到相应的冷却板或被推成与相应的冷却板接触。作为另一替代方案，每个接触柱可以包括形成冷却板的一部分的部分以及形成相邻电解质板的一部分的部分，并且这两个部分可以彼此附接或被推成彼此接触以形成接触柱。

19、电解质板可以形成有形成多孔区域的电解质板开口，并且接触柱可以定位成在电解质板开口之间的区域中接触电解质板。电解质板的多孔区域允许例如呈产物气体(分别为h2和o2)的形式的气体例如在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流动路径之间穿过电解质板。通过使接触柱定位在电解质板开口之间的区域中，确保了气体的这种输送可以基本上不受接触柱阻碍地进行。

20、接触柱可以形成与电解质板的电接触，从而向它们供应电流/电压。

21、每个冷却单元供应通道可以经由多个冷却单元的相应的冷却单元入口连接到该多个冷却单元。根据该实施例，若干冷却单元并联地流体连接至同一冷却单元供应通道。这确保了冷却流体高效且均匀地供应到冷却单元，而这进而确保了冷却板的整个区域上的均匀冷却。

22、类似地，每个冷却单元返回通道可以经由多个冷却单元的相应的冷却单元出口连接到该多个冷却单元。这确保了离开冷却单元的冷却流体被高效地移除，从而维持冷却流体穿过冷却单元的高效流动。

23、每个电解质板可以形成有至少一个电解质流体入口和至少一个气体出口，并且在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间限定活性区域，并且冷却板的形成有冷却单元的区域可以被适配成与电解质板的活性区域对齐。

24、在盒中流动的电解质流体典型地将经由该至少一个电解质流体入口中的至少一个进入沿着电解质板延伸的电解质流动路径(主要呈液态形式)，并且经由该至少一个气体出口中的至少一个离开电解质流动路径(主要呈气态形式)。由于活性区域位于该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间，因此在电解质流动路径中流动的电解质流体经过活性区域。活性区域限定了电解槽中发生电解的部分。给定电解质板的活性区域可以例如设置有电解质板开口和/或被膜覆盖。

25、根据该实施例，冷却单元与活性区域对齐，因此确保活性区域(即，电解槽中发生电解的部分)的冷却。这允许电解槽的高效操作。

26、冷却单元可以被冷却单元壁围住，其中，相应的冷却单元入口和冷却单元出口形成在冷却单元壁中。冷却单元壁可以例如将各个冷却单元分开。这是提供冷却单元及其相应的冷却单元入口和冷却单元出口的简单方式。

27、冷却单元壁可以形成为两个冷却板中相连接以形成流动屏障的突出部。根据该实施例，确保了冷却单元高效地彼此密封，并且从制造角度来看这是以容易的方式获得的。