具有带排放口的出口堵塞物的用于电解槽的盒的制作方法

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，该盒包括冷却板和电解质板，在该冷却板与该电解质板之间限定了电解质流动路径，并且其中，电解质板在第一端部区段处形成有至少一个电解质流体入口并且在第二相反端部区段处形成有至少一个气体出口，并且在第一端部区段与第二端部区段之间限定了活性区域，其中，该至少一个气体出口中的至少一个被出口堵塞物(blockade)部分地包围，在该出口堵塞物中形成有开口，从而仅允许气体经由出口堵塞物中的开口朝向该至少一个气体出口离开第二端部区段。

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

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

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

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

8、活性区域限定在第一端部区段与第二端部区段之间，并且由此也限定在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间。相应地，在电解质流动路径中流动的电解质经过活性区域。活性区域可以例如设置有电解质板开口和/或被膜覆盖。电解质板开口形成电解质板的多孔区域并且可以被适配成使气体在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流动路径之间穿过电解质板。当电解槽盒叠置成电解槽时，一个电解槽盒的阳极电解质板将布置为邻近于邻近的电解槽盒的阴极电解质板，并且膜将布置在该阳极电解质板与该阴极电解质板之间。这允许水力离子(hydronic ion，h-)从阴极电解质板经由膜输送到阳极电解质板，同时保持电解产生的产物气体(例如分别是o2和h2)分开。相应地，活性区域限定了电解槽中发生电解的部分。

9、该至少一个气体出口中的至少一个被出口堵塞物部分地包围，在该出口堵塞物中形成有开口，从而仅允许气体经由出口堵塞物中的开口朝向该至少一个气体出口离开第二端部区段。相应地，出口堵塞物将该至少一个气体出口与第二端部区段部分地分开，并且从第二端部区段到该至少一个气体出口的唯一通路是经由形成在出口堵塞物中的开口。离开活性区域并经由第二端部区段朝向该至少一个气体出口流动的电解质流体可以呈蒸气的形式，即产物气体与液体电解质的混合物的形式。期望仅产物气体经由该至少一个气体出口离开电解槽，而期望将液体电解质保留在电解槽中。这是由于液体在系统中传递可能会导致短路。此外，期望所有液体电解质都用于电解过程。

10、出口堵塞物防止从活性区域经由第二端部区段朝向该至少一个气体出口流动的蒸气直接且不受阻碍地进入该至少一个气体出口。替代地，出口堵塞物形成了迫使蒸气流特别在由第二端部区段限定的区域内遵循较长流动路径的障碍物。这增加了蒸气流的液态部分与障碍物、侧壁或类似物相互作用的可能性，从而引起蒸气的液态部分和气态部分分开。相应地，主要产物气体将经由该至少一个气体出口离开第二端部区段，并且蒸气的液态部分将主要保留在系统中。液体可以被排回到活性区域中，并且因此可以在那里发生的电解过程中被使用。

11、出口堵塞物中的开口可以布置在该至少一个气体出口的与面向活性区域那侧相反的一侧处。根据该实施例，出口堵塞物中的开口被定位成使得从活性区域进入第二端部区段的蒸气在到达出口堵塞物中的开口之前需要经过由该至少一个气体出口限定的区域，该蒸气可以经由该开口到达气体出口并离开电解槽。这甚至进一步增加了蒸气流的液态部分与障碍物、侧壁或类似物相互作用的可能性，从而引起蒸气的液态部分和气态部分分开，并且因此甚至进一步降低了液体进入气体出口的风险。

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

13、出口堵塞物中的开口和堵塞物排放口可以布置成使得堵塞物排放口比出口堵塞物中的开口更靠近活性区域。这确保了蒸气需要行进更长的距离才能到达出口堵塞物中的开口，如上所述。此外，经由堵塞物排放口排放的液体被朝向活性区域引导。

14、盒可以定向成使得形成在出口堵塞物中的开口布置在该至少一个气体出口上方。例如，在操作期间，盒可以定向成使得第二端部区段被布置在第一端部区段上方并且在活性区域上方，例如沿着基本上竖直的方向直接在第一端部区段和活性区域上方。在这种情况下，蒸气的气态部分将倾向于向上移动，并由此朝向形成在气体出口上方的出口堵塞物中的开口移动，而蒸气的液态部分将倾向于在重力的帮助下向下、朝向活性区域移动。这甚至进一步降低了液体进入气体出口的风险。

15、出口堵塞物可以由电解质板和/或冷却板上的一个或多个突出部形成。根据该实施例，出口堵塞物可以形成电解质板或冷却板的一体部分。作为替代方案，出口堵塞物可以包括形成电解质板的一部分的部或部分以及形成冷却板的一部分的部或部分，这两个部或部分协作形成出口堵塞物。在任何情况下，出口堵塞物可以被适配成接触邻近的板，即出口堵塞物可以在电解质板与冷却板之间形成接触，从而在其间形成电解质流动路径。将出口堵塞物形成为电解质板上和/或冷却板上的一个或多个突出部是将出口堵塞物形成为电解质板和/或冷却板的一体部分的容易的方式。例如，可以在形成电解质板和/或冷却板时通过冲压或类似工艺来形成突出部。

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

17、外垫片可以例如位于该至少一个气体出口的外圆周处，并且可以布置成当另一盒邻近于该盒定位时与外部密封。

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

19、电解质板和/或冷却板可以相对于板的长度方向延伸的板中心线对称。例如，板的右半部可以镜像板的左半部。

20、电解质板可以进一步形成有用于让冷却流体穿过电解质板的冷却入口开口和冷却出口开口。这将在电解质板形成电解槽盒的一部分时、还以及在这种电解槽盒与其他电解槽盒叠置以形成电解槽时，允许冷却流体被供应到在两个冷却板之间限定的冷却流动路径以及从该冷却流动路径收回。

21、该至少一个气体出口可以位于冷却入口开口与冷却出口开口之间。根据该实施例，提供了用于气态产物的延长的冷却路径，从而确保其高效冷却。

22、电解质板可以限定沿盒的长度方向经过的中心线，该至少一个气体出口可以包括阳极气体出口和阴极气体出口，并且阳极气体出口可以位于中心线的第一侧，而阴极气体出口可以位于中心线的第二相反侧。根据该实施例，防止阳极电解质流动路径和阴极电解质流动路径的相应气态产物混合。

23、例如，板可以关于中心线对称，例如板的右半部镜像板的左半部。在这种情况下，板的对称性使板的正面和背面相同。这使得能够在两个侧面上使用板，而不必考虑正确的侧面取向。另外，同一板可以用作阳极电解质板或阴极电解质板。这也与制造工艺有关。例如，可以仅使用一种工艺和相同的工具来生产阳极电解质板和阴极电解质板。对于两个冷却板也获得了类似的优点。

24、例如，阳极气体出口可以位于中心线的第一侧、基本上在电解质板的第一侧边缘与中心线之间的中间，并且/或者阴极气体出口可以位于中心线的第二侧、基本上在电解质板的第二侧边缘与中心线之间的中间。

25、盒可以包括两个冷却板以及呈阳极电解质板和阴极电解质板形式的两个电解质板，并且这两个冷却板可以位于阳极电解质板与阴极电解质板之间。根据该实施例，在两个冷却板之间形成冷却流动路径，在冷却板中的一个冷却板与阳极电解质板之间形成阳极电解质流动路径，并且在另一个冷却板与阴极电解质板之间形成阴极电解质流动路径。因此，在冷却流动路径中流动的冷却流体向在阳极电解质流动路径中流动的阳极电解质流体以及在阴极电解质流动路径中流动的阴极电解质流体提供冷却。这允许这些流体的高效冷却，并且由此可以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。

26、电解质板和冷却板可以各自形成有用于冷却流体穿过板的冷却开口、用于阳极电解质流体穿过板的至少一个阳极电解质流体入口、用于阴极电解质流体穿过板的至少一个阴极电解质流体入口、用于阳极气体穿过板的至少一个阳极气体出口、以及用于阴极气体穿过板的至少一个阴极气体出口，并且相应开口中的每一个可以穿过所有四个板，并与邻近的所连接的盒的类似相应开口组合。

27、根据该实施例，当盒与几个其他盒叠置以形成电解槽时，形成在冷却板和电解质板中的相应开口对齐，并且允许相关流体容易地供应至电解槽中的相关流动路径以及从相关流动路径收回。例如，冷却流体可以经由冷却开口被供应至冷却流动路径以及从冷却流动路径收回。此外，阳极电解质流体可以经由阳极电解质流体入口供应到阳极电解质流动路径，并且阳极气体产物可以经由阳极气体出口从阳极电解质流动路径收回。最后，阴极电解质流体可以经由阴极电解质入口供应到阴极电解质流动路径，并且阴极气体产物可以经由阴极气体出口从阴极电解质流动路径收回。这允许电解槽具有紧凑且可扩展的设计。

28、盒中的冷却板和电解质板可以连接成使得冷却开口与在冷却板中的一个冷却板与阳极电解质板之间形成的阳极电解质流动路径密封并且与在另一冷却板与阴极电解质板之间形成的阴极电解质流动路径密封，并且冷却开口可以与形成在冷却板之间的冷却流动路径流体连接。根据该实施例，确保了冷却流体既不与阳极电解质流体也不与阴极电解质流体混合，同时确保了冷却流体可以被供应到冷却流动路径以及从冷却流动路径收回。

29、类似地，盒中的冷却板和电解质板可以连接成使得阳极电解质流体入口和阳极气体出口分别与冷却流动路径以及阴极电解质流体入口和阴极气体出口密封。根据该实施例，确保了阳极电解质流体既不与冷却流体混合，也不与阴极电解质流体混合。

30、类似地，盒中的冷却板和电解质板可以连接成使得阴极电解质流体入口和阴极气体出口分别与冷却流动路径以及阳极电解质流体入口和阳极气体出口密封。根据该实施例，确保了阴极电解质流体既不与冷却流体混合，也不与阳极电解质流体混合。

31、在上述实施例中，高效地确保了各个流动路径彼此分开，并且相应地，在盒中流动的各种流体保持分开并被防止混合。