0] 公開了一種制造在電解器裝置中使用的隔膜電極陣列的方法。該方法包括：（i) 將隔膜安裝在導(dǎo)線施加機上，該隔膜通過離子而阻止氣體通過；（ii)使用導(dǎo)線施加機在隔 膜的第一側(cè)的第一附近區(qū)域以及在隔膜的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域施加導(dǎo)線；（iii) 將第一半罩、導(dǎo)線、隔膜以及第二半罩緊固，從而形成防漏罩，以及；（ iv)修剪導(dǎo)線；由此制 成在電解器裝置中使用的隔膜電極陣列和電解器裝置。
[0091] 圖22A是導(dǎo)線在其使用漸進(jìn)式軸向旋轉(zhuǎn)繞線法被施加到隔膜時的透視圖。圖22B 和22C分別示出了使用漸進(jìn)式軸向旋轉(zhuǎn)繞線法將導(dǎo)線施加到隔膜的俯視圖和前立面圖。圖 22A、22B和22C示出了繞由旋轉(zhuǎn)箭頭對2203限定的軸線旋轉(zhuǎn)的隔膜2201。箭頭2205指示 隔膜的線性運動。導(dǎo)線2207沿由箭頭2209所指示的方向被饋送到隔膜2201。旋轉(zhuǎn)和線性 運動同步以接納導(dǎo)線2207。隨著隔膜2201旋轉(zhuǎn)并沿箭頭2205的方向線性移動，導(dǎo)線施加 在隔膜2201的第一側(cè)的第一附近區(qū)域以及在隔膜2201的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域。
[0092] 隔膜的制備包括隔膜材料的選擇、將隔膜材料切成適當(dāng)大小以及將導(dǎo)線錨固到隔 膜。制備好的隔膜被安裝在導(dǎo)線施加機上。導(dǎo)線施加機未示出?？墒褂玫睦@線機包括在一 下文獻(xiàn)中描述的繞線機，William Querfurth 的《Coil Winding :A Description of Coil Winding Procedures, Winding Machines and Associated Equipment》（G.Stevens Mfg. Co. Pub. 1954, 128 頁）以及Carl Hering 的《Practical Directions for Winding Magnets for Dynamos》(BiblioBazaar，2008年重新印刷，76頁）。這兩本書的內(nèi)容全部以引用的方 式并入本文。隔膜包括通過離子而阻止氣體通過的材料。
[0093] 可存在圖22A、22B和22C以及其它圖的教導(dǎo)的變型。例如，導(dǎo)線饋送和隔膜之間 的相對線性運動可通過例如在隔膜旋轉(zhuǎn)以接納導(dǎo)線時導(dǎo)線饋送（wire feed)的線性豎直運 動來實現(xiàn)。在圖22的方法的這種變型中，隔膜旋轉(zhuǎn)，但不線性移動。是導(dǎo)線源隨著導(dǎo)線被 饋送到隔膜而線性移動。將導(dǎo)線施加在隔膜的第一和相反的第二側(cè)的附近的另一實例是漸 進(jìn)式軌旋轉(zhuǎn)繞線法。
[0094] 除了是導(dǎo)線饋送繞隔膜軌道旋轉(zhuǎn)同時相對于隔膜線性移動外，漸進(jìn)式軌旋轉(zhuǎn)繞線 法類似于漸進(jìn)式軸向旋轉(zhuǎn)繞線法。其它導(dǎo)線施加技術(shù)包括蛇形繞線法、漸進(jìn)式軸向旋轉(zhuǎn)閂 鎖繞線法以及獨立導(dǎo)線股放置法。繞線的某些實施例使用繞隔膜的同軸套筒來在繞線過程 期間增強和支承隔膜。在某些實施例中，旋轉(zhuǎn)和線性運動通過諸如機器人技術(shù)、機器人視 覺、機器視覺以及/或數(shù)字控制運動裝置、系統(tǒng)或定位器的自動化制造技術(shù)實施。
[0095] 導(dǎo)線施加到隔膜后，第一半罩、導(dǎo)線、隔膜以及第二半罩被緊固在一起，并且隔膜 的邊緣上的導(dǎo)線被修剪，如圖23所示。圖23A和23B分別示出了第一半殼體、第二半殼體 以及導(dǎo)線已經(jīng)施加到其上的定位在半殼體之間的隔膜的中間區(qū)段透視圖和立面分解圖。圖 23C和23D分別示出了第一半殼體、第二半殼體以及導(dǎo)線已經(jīng)施加到其上的被夾在半殼體 之間的隔膜的中間區(qū)段透視圖和立面組裝圖。圖23E和23F示出了圖23C和23D的視圖， 其中導(dǎo)線被從隔膜的邊緣修剪，從而第一多個導(dǎo)線電極緊固在隔膜的第一側(cè)的第一附近區(qū) 域，而第二多個導(dǎo)線電極緊固在隔膜的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域。
[0096] 漸進(jìn)式軸向旋轉(zhuǎn)閂鎖繞線法是漸進(jìn)式軸向旋轉(zhuǎn)繞線法的變型。由于隔膜通常由諸 如例如聚合物的相對柔軟的材料制成，圖22的繞線方法的變型包括通過在繞線過程期間 使用導(dǎo)線作為切割工具在隔膜上開槽口而將導(dǎo)線閂到隔膜。槽口用作導(dǎo)線的局部閂鎖或固 定點，該槽口當(dāng)集成并用于改變合成旋轉(zhuǎn)和線性運動時可用于在隔膜的第一側(cè)和相反的第 二側(cè)的附近建立交替的導(dǎo)線圖案。
[0097] 圖24A、24B、24C和24D分別示出了使用蛇形繞線法將導(dǎo)線施加到隔膜的透視圖、 俯視圖、前立面圖和右立面圖。圖24示出了隔膜2401、在隔膜2401的相對兩側(cè)上的第一組 引導(dǎo)柱2403和第二組引導(dǎo)柱2405。引導(dǎo)柱2403和2405是導(dǎo)線2407繞其纏繞以在隔膜 2401的兩側(cè)上形成蛇形圖案的結(jié)構(gòu)。為了清楚起見，圖24僅示出了在隔膜2401的一側(cè)上 的蛇形圖案。在隔膜的兩側(cè)上的蛇形圖案完成之后，隔膜2401和導(dǎo)線被夾在第一半罩和第 二半罩之間并用防漏緊固件來緊固，從而形成防漏罩。為了清楚起見，半罩和緊固件在圖24 中未不出。在切割在兩側(cè)上的導(dǎo)線并使防漏罩與引導(dǎo)柱2403和2405分開后，在罩中，第一 多個電極給緊固在隔膜2401的第一側(cè)的第一附近區(qū)域而第二多個電極被緊固在隔膜2401 的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域。
[0098] 圖25示出了圖24所示的蛇形繞線法，其帶有另外的間隔件，從而導(dǎo)線位于包括導(dǎo) 線與隔膜的第一側(cè)和相反的第二側(cè)之間的空間的附近。間隔件2501是平行于隔膜的第一 和相反的第二側(cè)的條帶。間隔件可與任何導(dǎo)線施加方法結(jié)合使用。
[0099] 蛇形繞線法的另一實施例是省略導(dǎo)線切割動作并將導(dǎo)線纏繞在添加到引導(dǎo)柱的 可旋轉(zhuǎn)套圈上。可旋轉(zhuǎn)套圈減小摩擦，使得導(dǎo)線可被拉動穿過電解裝置，而不用拆卸電解器 裝置來根據(jù)需要提供新電極，從而簡化維護(hù)并減少電解器裝置停工期。
[0100] 圖26A和26B分別示出了已經(jīng)使用獨立導(dǎo)線股放置法施加的導(dǎo)線的透視圖和俯視 圖。獨立導(dǎo)線股放置法是將多條導(dǎo)線施加到隔膜的相反側(cè)的另一方法。圖26示出了使用獨 立導(dǎo)線股放置法將導(dǎo)線施加在隔膜2601的第一側(cè)的第一附近區(qū)域以及在隔膜2601的相反 的第二側(cè)的第二附近區(qū)域的透視圖和俯視圖。第一多條獨立導(dǎo)線股2603放置在隔膜2601 的第一側(cè)的第一附近。第二多條獨立導(dǎo)線股2605放置在隔膜2601的相反的第二側(cè)的第二 附近區(qū)域。在放置所述第一多條獨立導(dǎo)線股2603和所述第二多條獨立導(dǎo)線股2605之后， 導(dǎo)線和隔膜被夾在第一和第二半罩之間并用防漏緊固件緊固到第一和第二半罩，并經(jīng)受導(dǎo) 線修剪，從而在形成的罩中，第一多個導(dǎo)線電極被緊固在隔膜的第一側(cè)的第一附近區(qū)域，并 且第二多個導(dǎo)線電極被緊固在隔膜的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域。
[0101] 圖26的獨立導(dǎo)線股放置方法的變型是使第一多條獨立導(dǎo)線股2603和第二多條獨 立導(dǎo)線股2605中的導(dǎo)線不修剪并將導(dǎo)線安裝在饋送繞線筒和拉緊繞線筒上。該實施例向 導(dǎo)線電極提供移動性，從而導(dǎo)線可拉到拉緊繞線筒并進(jìn)入電解器以根據(jù)需要提供新電極而 不用拆卸電解器裝置。該實施例簡化了操作、維護(hù)并減少了裝置停工期。
[0102] 在某些實施例中，電極處于離隔膜預(yù)定距離處。該預(yù)定距離是精確地、大約、小于 或大到例如 〇·〇、〇· 〇1、〇· 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毫米或在由上述數(shù)值中的任意兩個界定的范圍內(nèi)的距離。物理接觸隔膜的電極 能夠通過諸如噴濺、化學(xué)氣相、物理氣相、蒸發(fā)、電解、著墨、化學(xué)鍍以及原子層沉積技術(shù)中 的一種或多種已知沉積技術(shù)來施加 。Donald M. Mattox(2010年5月19日）的《The Handbook of Physical Vapor Deposition Processing, Second Edition》公開了可使用的方法并且 其內(nèi)容全部以引用的方式并入。
[0103] 預(yù)定大小的電極用于所公開隔膜電極陣列的某些實施例。單個電極的最長尺寸 受組裝好的裝置的橫截面大小支配。例如，如果圖IB組裝好的結(jié)構(gòu)的橫截面是近似圓，每 個電極的長度將大約是圓的直徑大小加上伸出（如果有的話）。每個電極的預(yù)定長度是精 確地、大約、小于或長達(dá)例如 〇· 1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、 500U000厘米或在由上述數(shù)值的任意兩個界定的范圍內(nèi)的長度。電極不含有絕緣涂層。
[0104] 單個電極的橫截面是這樣的幾何形狀，其平面垂直于電極的長度方向。例如，如果 電極的橫截面是圓，則橫截面的最長線性尺寸是該圓的直徑。對于隔膜電極陣列的某些實 施例，使用電極橫截面的最長線性尺寸的預(yù)定大小。電極橫截面的最長線性尺寸的預(yù)定大 小是精確地、大約、小于或大到例如 〇· 〇1、〇· 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毫米或在由上述數(shù)值中的任意兩個界定的范圍內(nèi)的尺寸。術(shù)語"大 小"在用于描述電極的尺寸時包括電極的長度尺寸和/或橫截面的最長線性尺寸。
[0105] 對于在隔膜的第一側(cè)的第一附近區(qū)域的第一多個電極的電極的某些實施例，使用 預(yù)定內(nèi)部多個間距。對于在隔膜的相反的第二側(cè)的第二附近區(qū)域的第二多個電極的電極的 某些實施例，使用預(yù)定內(nèi)部多個間距。內(nèi)部多個相鄰電極之間的預(yù)定間距是精確地、大約、 小于或大到例如 〇· 1、〇· 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毫米或在由上述數(shù)值中的任意兩個界定的范圍內(nèi)的尺寸。
[0106] 對于每個電極裝置的某些實施例，使用預(yù)定數(shù)量的電極。電極的預(yù)定數(shù)量是精確 地、大約、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 述數(shù)值中的任意兩個界定的范圍內(nèi)的數(shù)量。
[0107] 對于某些實施例，使用每陽極電極和每陰極電極的預(yù)定平均電流值。每個陰極電 極的平均電流是指在多個陰極和多個陽極之間流動的總電流除以陰極的數(shù)量。相似定義適 用于每陽極電極平均電流。每陽極電極和/或每陰極電極的預(yù)定平均電流值是精確地、大 約、小于或大到例如 〇· 〇〇1、〇· 〇1、〇· 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毫安培或在由上述數(shù)值中的任意兩個界定的范圍內(nèi) 的電流。在某些實施例中，包括上述預(yù)定數(shù)值中的沒有一個、一些、全部。
[0108] ⑴每電極的預(yù)定大小，（ii)相鄰電極之間的預(yù)定內(nèi)部多數(shù)間距，（iii)每個電解 器裝置的預(yù)定電極數(shù)量，（iv)每陽極電極和/或每陰極電極的預(yù)定平均電流值以及（V)電 極離隔膜的預(yù)定距離的上述實例中的具體數(shù)值的選擇取決于所公開的裝置和方法的使用 者的功利目的。例如如果使用者目的是使電極腐蝕、系統(tǒng)維護(hù)、建造成本、裝置高度最小化， 使電轉(zhuǎn)化效率和運行壽命最大化并建造在相對較便宜土地上的氫氣和氧氣制造的電解系 統(tǒng)，則在上述預(yù)定數(shù)值中的選擇有利于較低電流密度、靠近隔膜的電極以及具有較短高度 的電解器。在另一方面，如果制造系統(tǒng)建造在相對昂貴土地上，如在市區(qū)中，其中每單位土 地面積的最高產(chǎn)量是因素，則較高電流密度、較高電解器、電極和隔膜之間的增加間距以及 每電解器較多電極是有利的。
[0109] 所公開的實施例可提供相對于現(xiàn)有電解器的優(yōu)勢。一個優(yōu)勢可以是減緩電極的腐 蝕速度。該優(yōu)勢可基于電極中的電子流動的固有通路以及電子材料中的電子流動和腐蝕機 理。例如參見E.E. Stansbu