、焊接、錫 焊、熔融和膠合。
[0077] 圖9A和9B分別示出了施加電力到在隔膜的相反兩側(cè)的附近區(qū)域中的多個陽極電 極和陰極多個電極的電力源的陽極側(cè)和陰極側(cè)透視圖。圖9A示出了陽極電極透視圖，而圖 9B示出了隔膜電極陣列的陰極電極透視圖。多個陽極電極901位于隔膜905的第一側(cè)903 的第一附近區(qū)域。多個陰極電極907位于隔膜905的相反的第二側(cè)909的第二附近區(qū)域。 至少一個電力源的陽極輸出共同地接觸多個陽極電極901。至少一個電力源的陰極輸出共 同地接觸多個陰極電極907。
[0078] 在某些實施例中，半罩的端部區(qū)段是大致平坦的。大致平坦的底部可有利于構(gòu)造 為直立結(jié)構(gòu)的電解器。在其它實施例中，半罩的端部區(qū)段可以是部分或基本上類球形或橢 圓體的。這些端部區(qū)段的形狀可有利于高壓和高溫電解器。例如，圖10示出了電解器裝 置的實施例的組裝圖，其中，半罩包括部分類球形的離散第一端部區(qū)段部件1001和部分類 球形的離散第二端部區(qū)段部件1003。中間區(qū)段1005是基本上圓柱形的。第一多個電觸頭 1007伸出通過將半罩和隔膜電極陣列緊固而形成的罩。在圖10中不可見的隔膜的相反側(cè) 上的第二多個電觸頭伸出通過將半罩和隔膜電極陣列緊固而形成的罩。在圖10中，端部區(qū) 段部件1001包括用于氫氣和氧氣從隔膜電極陣列的陰極側(cè)和陽極側(cè)移除的管。
[0079] 圖IlA和IlB分別示出了包括電解器裝置的過渡件端部區(qū)段實施例的半罩的剖切 透視圖和立面圖。圖IlA包括示出包括錐形頂端部區(qū)段1101和圓柱形中間區(qū)段1103的電 解器實施例的剖切透視圖。為了清楚起見，隔膜電極陣列和底端部區(qū)段在圖11中未示出。 頂部空間屏障1105始于邊緣1107上方，該邊緣1107還標(biāo)記隔膜電極陣列的上邊緣的位 置。標(biāo)記1109指示電解器中的水填充水平。標(biāo)記1109在邊緣1107和邊緣111之間，邊緣 111標(biāo)記到端部區(qū)段1101的錐形的過渡部。箭頭1113指向中間區(qū)段1103的內(nèi)部，容納水 的空間。上端部區(qū)段1101捕獲水中升起并進入標(biāo)記1109上方的頂部空間的氣泡。上端部 區(qū)段1101將頂部空間中的氣體匯集到流管1115,所述流管1115流體連接到頂部空間，用于 氣體移除以及后續(xù)使用或儲存。為了穩(wěn)定性和熱接觸，管1115能夠指向下并從外部緊固到 中間區(qū)段1103。標(biāo)記1109上方的頂部空間能夠配有折流板并涂有親水表面，以使由水蒸氣 吸附引起的蒸發(fā)水分損失最小化。親水材料的實例包括丙烯酸樹脂、胺官能聚合物、醚、苯 乙烯、乙烯酸和乙烯醇。水在電解過程期間被消耗。根據(jù)需要將置換水添加到電解器。
[0080] 圖12A和12B分別示出了電解器裝置的實施例的剖視透視圖和立面圖，其中排氣 流管在裝置的外部和內(nèi)部。圖12A包括在裝置的外部和內(nèi)部的排氣流管1201的透視圖。當(dāng) 從頂端部區(qū)段1203露出時，管1201扭轉(zhuǎn)大約180度，在圖12B中指示的位置1205處穿透 端部區(qū)段1203,重新進入內(nèi)部，向下下降穿過頂部空間和水并通過在位置1209處穿透中間 區(qū)段1207而在電解器的底部附近露出。所有的穿透是防漏的。圖12的實施例可提供多個 優(yōu)勢。首先，管1201在從端部區(qū)段1203露出時外露于周圍溫度可允許承載在管1201內(nèi)的 氣體在重新進入裝置之前被冷卻。冷卻后的氣體可用來通過熱交換來冷卻用于電解的水并 降低蒸發(fā)水分損失。第二，如圖13進一步指示，管1201的內(nèi)部垂直部分（plumbing)可提 供用于構(gòu)造大規(guī)模氫氣和氧氣制造系統(tǒng)的獨立的模塊化復(fù)制單元，其中很多單元被復(fù)制并 且其流動通路匯合成更大的氣體制造流。由于中間區(qū)段的防護，流動通路的管的內(nèi)部容納 可使管破裂的可能性最小。第三，也如圖13所指示，該實施例可擁有安全特征，這是因為在 電解器裝置的陰極室和陽極室產(chǎn)生分開的氫氣和氧氣流，該氫氣流和氧氣流能夠被引導(dǎo)成 沿相反的方向流動并隨著氣體流的地下放置而流動，從而使產(chǎn)生和處理大量可燃?xì)怏w的潛 在危險最小化。圖13還示出了水添加到電解器裝置以置換電解消耗的和蒸發(fā)損失的水的 行為。
[0081] 圖14示出了圖13的實施例如何可用作包括氣體壓縮、儲存、分配和使用的大規(guī)模 生產(chǎn)系統(tǒng)的部分的流程圖、系統(tǒng)級概覽。因為太陽光間歇可用，所以光伏電能是間歇性能 源。風(fēng)力發(fā)電電能不總是可用的。圖14的系統(tǒng)說明太陽能和風(fēng)能如何可被捕獲并儲存以 備后續(xù)使用。核能產(chǎn)生的電能也能夠用于氫氣和氧氣的電解生產(chǎn)。核反應(yīng)堆可位于相對偏 遠(yuǎn)地區(qū)，并且所生產(chǎn)的氫氣能夠用管道輸送到使用中心。
[0082] 圖15示出了包括用于與周圍環(huán)境熱交換的熱沉的電解器裝置的實施例的詳細(xì)透 視圖。導(dǎo)熱片1501被應(yīng)用到半罩的中間區(qū)段。用于熱交換的熱沉技術(shù)也能夠應(yīng)用到管1503 和端部區(qū)段1505。能夠通過選擇薄壁導(dǎo)熱材料來制造半罩而進一步增強熱沉技術(shù)的利用。 [0083] 電解器裝置的某些實施例將匯流條連接器與熱沉技術(shù)結(jié)合以用于冷卻和抑制水 分蒸發(fā)。圖16A、16B和16C分別示出了電接觸第一多個電極并包括熱沉的匯流條的透視圖、 俯視圖和前立面圖。在隔膜1603的第一側(cè)的第一附近區(qū)域的第一多個電極1601電接觸并 熱接觸匯流條1605。匯流條1605還包括通過與周圍流體熱交換而被冷卻的一個或多個熱 沉鰭片1607。具有熱沉鰭片的類似的第二匯流條與在隔膜1603的相反的第二側(cè)上的第二 附近區(qū)域的第二多個電極電接觸并熱接觸。為了清楚起見，具有第二熱沉鰭片的第二匯流 條在圖16中未示出。"匯流條"是接觸在隔膜的其相應(yīng)側(cè)上的多個電極并且還連接到向電 解器裝置供電的電力源的導(dǎo)電體的條。
[0084] 在某些實施例中，隔膜和電極不伸出半罩。在這些實施例中，與相應(yīng)的多個電極電 接觸是通過被夾在緊貼隔膜電極陣列的半罩的邊緣之間的金屬條進行的。隔膜的暴露面和 邊緣被密封以防止流體從電解器漏出。密封件包括軟管夾、導(dǎo)線扎帶、電纜扎帶、扎帶、環(huán)氧 樹脂、粘性密封墊片、水族槽密封劑、洗衣機密封劑、焊接、加熱、定向能和/或其中的一個 或多個的選擇組合。圖17A和17B分別示出了具有與在隔膜的相反側(cè)上的多個電極形成 電接觸的結(jié)合凸片的接觸條的分解和組裝中間區(qū)段透視圖。第一電接觸條1701與在隔膜 1707的第一側(cè)1705的第一附近區(qū)域的第一多個電極1703形成電接觸。第二電接觸條1709 與在隔膜1707的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域的圖17中不可見的第二多個電極形成電接 觸。如圖17B所示，電接觸條1701和1709通過第一半罩1711和第二半罩1714緊貼到在 其相應(yīng)側(cè)上的第一多個電極和第二多個電極。第一電接觸凸片1715電連接到第一電接觸 條1701。第二電接觸凸片1717電連接到第二電接觸條1709。電接觸凸片伸出第一和第二 半罩，從而與電力源接觸。
[0085] 對于高溫電解器的設(shè)計和構(gòu)造，隔膜和電極伸出組裝好的半罩的程度增加。圖 18A、18B、18C和18D分別示出了包括伸出的電觸頭區(qū)域的高溫電解器裝置的中間區(qū)段透視 圖、俯視圖、正視圖和右視圖。在電觸頭邊緣1803處的用于電觸頭的增加伸出1801足夠大， 使得電觸頭邊緣1803的溫度由于與周圍環(huán)境溫度熱交換而比電解器的發(fā)熱區(qū)域1805和發(fā) 熱區(qū)域1807的溫度低。對于高溫蒸汽電解，電觸頭邊緣1803可位于發(fā)熱區(qū)域1805和1807 下方，這是由于熱對流而進一步有利于電觸頭邊緣1803的更低溫度的位置。隔膜的所有暴 露邊緣和表面被密封以防止泄漏。
[0086] 圖19A和19B分別示出了與循環(huán)水泵一起使用的電解器裝置的實施例的半罩的 透視圖和立面剖視圖。排水管1901浸沒在水位標(biāo)記1903下方。回水管1905在水位標(biāo)記 1903下方穿透半罩1907。為了清楚起見，隔膜電極陣列和底部區(qū)段在圖19中未示出。
[0087] 圖20示出了使用圖19的裝置的系統(tǒng)的實例。在圖20中，組裝好的圖19的電解 器實施例是更大的系統(tǒng)的部件。在圖20中，含氫氣的水經(jīng)由移除管2001從電解器移除并 經(jīng)由路徑2003送到氫氣分離/移除單元2005,用于從水分離氫氣。除去氫氣的水經(jīng)由回水 路徑2007以及回水管2009返回到電解器。類似地，在分離的循環(huán)流動系統(tǒng)中，含氧氣的水 經(jīng)由移除管2011從電解器移除并經(jīng)由路徑2013送到氧氣分離/移除單元2015,用于從水 分離氧氣。除去氧氣的水經(jīng)由回水路徑2017和回水管2019返回到電解器。循環(huán)泵可沿任 一方向運行。位置2021標(biāo)記被夾在第一半罩2023和第二半罩2025之間的隔膜電極陣列 的位置。
[0088] 可存在對具有簡化的電極更換和維修的電解器的需求。公開了這樣的電解器裝置 的實施例，其中，用過的電極的移除通過將電極滑進和滑出電解器而不用將裝置拆卸來實 現(xiàn)。電解器電極通過例如壓緊0形環(huán)或壓緊管配件而保持在位。通過稍微松開配件并將替 換電極緊固到電解器電極，替換通過滑動電極以移除用過的裝置電極并用新的或翻新的替 換電極來替換用過的裝置電極而實現(xiàn)。圖21A示出了包括可滑動電極的電解器裝置的中間 區(qū)段分解圖。圖21B示出了包括可滑動電極的電解器裝置的中間區(qū)段組裝圖，其中替換電 極鄰近待通過滑動而替換的電極。圖21C示出了用于將電解器裝置中的電極緊固到替換電 極，以用于裝置中的電極的可滑動替換的緊固件的詳細(xì)前透視圖和后透視圖。該電解器裝 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之間的隔膜2105 ; (iv)緊固件，該緊固件在圖21中未示出，用于將第一半罩2101、隔 膜2105以及第二半罩2103防漏緊固；(V)第一半罩2101中的至少一對密封聯(lián)軸節(jié)2107 以及第二半罩2103中的至少一對密封聯(lián)軸節(jié)2109,其被構(gòu)造成將至少一個電極可滑動地 接納并定位在第一半罩2101中以及將至少一個電極可滑動地接納并定位在第二半罩2109 中，密封聯(lián)軸節(jié)對2107的后部元件以及密封聯(lián)軸節(jié)對2109的后部元件在圖21中不可見； (vi)可滑動并密封地定位在第一半罩2101中的至少一個電極2111，其中該至少一個電極 包括第一端2113和第二端2115 ; (vii)用于定位在第一半罩2101中的所述至少一個電極 2111的至少一個替換電極2117(圖21B) ; (viii)緊固件2119(圖21C)，該緊固件2119用于 將所述至少一個替換電極2117 (圖21B)緊固到第一半罩2101中的所述至少一個電極2111 的第一端2113(圖21A)或第二端2115,從而第一半罩2101中的所述至少一個電極2111能 夠從第一半罩2101滑動地移除并用所述至少一個替換電極2117 (圖21B)來替換；（ix)可 滑動并密封地定位在第二半罩203中的至少一個電極2121 (圖21A)，其中該至少一個電極 2121包括第一端2123和第二端2125 ; (X)用于定位在第一半罩2103中的所述至少一個電 極2121的至少一個替換電極2127(圖21B);以及（xi)緊固件2129,該緊固件2129用于將 所述至少一個替換電極2127緊固到第二半罩2103中的所述至少一個電極2121的第一端 或第二端，從而第二半罩中的所述至少一個電極2121能夠從第二半罩2103滑動地移除并 用所述至少一個替換電極2127來替換。
[0089] 為了將水電解分成氫氣和氧氣，水被添加到電解器裝置并且向電極供電。與電極 的電接觸以及電力源能夠以多種方式實現(xiàn)。例如，單一電壓或電流源能夠施加到單一陽極/ 陰極對。電力源能夠是包括至少一個輸出對的電力源。此外，邊緣連接器包括多個接觸點， 該多個接觸點與伸出半罩的多個陽極/陰極電極的電極對分別地匹配。邊緣連接器的實例 可在Digi-Key公司（Thief River Falls, MN 56701)目錄中發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)容再次全部以引用 的方式并入。
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