CN103154324A

CN103154324A - 具有经改进的运行安全性的高温电解槽

Info

Publication number: CN103154324A
Application number: CN2011800485990A
Authority: CN
Inventors: 帕特里克·勒加洛
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-06-12
Also published as: ZA201301785B; US20130168238A1; KR20130108343A; WO2012031958A1; EP2614176B1; FR2964393B1; DK2614176T3; CA2810532A1; JP2013536899A; EP2614176A1; US9080243B2; FR2964393A1; BR112013005387A2

Abstract

本发明涉及具有电解电池(C1、C2、……Cn)的堆叠体的高温电解槽(HTE)，其中蒸汽被使得在阴极(2.1，2.2，……2.n)和在阳极(4.1，4.2，……4.n)处流动。根据本发明，HTE电解槽的结构被设计成具有靠近氧收集导管部分或相应的氢收集导管部分(17，18)的每个阴极入口端(11.1)和阳极入口端(9.1)。由此方式，在氧收集器和氢收集器的周围创建了蒸汽的缓冲容积，因此在电解槽内构建了简单并有效的密封方式。

Description

具有经改进的运行安全性的高温电解槽

技术领域

本发明涉及为了产生氢的目的的水的高温电解方法。

本发明也涉及用于实施所述方法的反应器和具有相关密封外壳的模块。

本发明更具体地涉及通过降低可引起效率减损和/或高温电解槽元件的全部或部分的可能破损的泄露风险而实现的高温电解槽的经改进的运行安全性。

背景技术

高温电解槽(HTE)包括通过由电解质分隔的阴极和阳极形成的多个单元电池(elementary cell)，其中单元电池通过一般插入在单元电池的阳极和下一个单元电池的阴极之间的互连板而串联电连接。跟随有阴极-阴极连接的阳极-阳极连接也是可能的。互连板是由至少一块金属板形成的电子传导组件。这些板也提供在一个单元电池中流动的阴极液体与在随后的单元电池中流动的阳极液体之间的分隔。

阳极和阴极由多孔材料制成，气体可通过该多孔材料流动。

在水的高温电解以产生氢的情况中，蒸汽在其中氢以气体形式生成的阴极中流动，并且排出气体(draining gas)可以在阳极中流动，并且通过这种方式收集在阳极中以气体形式生成的氧。大部分高温电解槽(HTE)使用空气作为在阳极中的排出气体。

在高温电解槽中，密封物按照惯例由“糊状”玻璃密封物而制成，因为它们本质上具有两个优点：良好的电子绝缘和良好的密封性而不要求机械夹具。相反地，这些糊状玻璃密封物的主要缺点为：

-在其玻璃(vitrous)转换温度下的脆性，并且如果其经受应力，特别地由于不均匀膨胀而可能破损，

-填充阴极支撑电池(非常厚的多孔材料)的厚度、保证密封性和随着时间推移的在两个阳极和阴极隔室之间的该密封性维护的困难性；实际上，这类型的电池不能实现获得可被用作支撑的密集耐久的区域以便产生密封。另外，玻璃或其他装填物不穿透多孔材料的孔，

-由于许多种类型的玻璃是从玻片(slip)原生的获得的事实，所以需要机械加工出凹槽以接收玻璃，

-HTE电解槽的“吊顶(ceiling)”或竖直设计是不可能的，这是由于在其凹槽中的玻璃密封物可能流动的事实。

-由于HTE电解槽的吊顶设计是不可能的事实，所以形成在堆叠体(stack)底部具有电池的更大浓缩的有差别的浓缩，由于堆叠体的重量而限制了堆叠的电池的数量，

-需要超出运行温度的温度漂移以制造密封物；这种漂移对金属材料是有害的，并因此隐含更大的损害，

-由于在运行温度处有粘性的玻璃会蠕变的事实，维持经受高压力差(＞100mbar)的密封的困难性，

-如果有运行温度变化(玻璃膜层的热机械破损)，更特别的在氢生产的停止的给定期间之后来维持低泄漏率的困难性，以及重新开始电解运行的困难性，

-与电池的其他组件的潜在化学不相容性和与一个或多个互连器的其他组件的潜在化学不相容性，例如污染电极的SiO₂蒸汽的排放，结果是垫圈表面的实质腐蚀，

-通过在冷却期间的玻璃的粘性的损失，在堆叠体的组件之间创建刚性连接在瞬态热期间引起应力，

-拆解组件的困难，或甚至是在不改变电池或电池堆叠体的情况下如此操作的不可能性。

其他解决方案包括将互连器的金属钎焊在陶瓷上。然而，实现将互连器的金属在陶瓷上润湿连同两种材料之间的热膨胀差一起使得这种操作针对大尺寸非常困难。实际上，焊接缝固化后的冷却经常引起陶瓷的破损。

最后，已经提出了其它基于云母的或简单的金属压缩密封物：它们要求大容积和非常大的外部夹具，并且难以控制和维持温度以获得有效密封而在加热过程中没有电池的破损。事实上，在运行温度处，非常大的夹具隐含着蠕变，以及因此的电解槽结构的改变和因此至多的密封性损失。

为了改进HTE电解槽的运行安全性，发明人在以申请人名义提交的专利申请FR 10 51783中建议使得包含至多1％的H₂的蒸汽作为排出气体以在阴极和阳极两者中流动。

发明人从这一点推断非氢化或几乎非氢化的蒸汽的此类流动使得能够避免复杂的密封解决方案，尤其是在通过用于回收产生的氢的导管的阳极之下的互连器的馈通中。事实上，如果泄露确实在这里发生，则非氢化的蒸汽变成夹层以形成(可以这么说)水垫或(换句话说)气体缓冲器。

本发明的目的因而提出使在HTE电解槽中通过使得蒸汽作为排出气体在阴极和阳极两者中流动来创建的这种缓冲区最优化。

发明内容

为实现此目的，本发明的一个目的是用于水的高温电解的反应器，包括基本电解电池的堆叠体，每个基本电解电池由阴极、阳极和夹在阴极与阳极之间的电解质形成，其中至少一个互连板被定位在两个相邻的单元电池之间，以与两个单元电池中的一个的电极和两个单元电池中的另一个的电极电接触，其中互连板界定至少一个阴极隔室和至少一个阳极隔室以便气体分别在阴极中和在阳极中流动，

其中阴极隔室端中的一个被称为阴极入口端，其连至能够输送蒸汽的馈送机构(feed)，并且阳极隔室端中的一个被称为阳极入口端，其也连至能够输送蒸汽的馈送机构，

其中阴极隔室端中的另一个被称为阴极出口端，其出现在被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氢收集导管的部分中，并且阳极隔室端中的另一个被称为阳极出口端，其出现在被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氧收集导管部分中。

根据本发明，每个阴极入口端定位为靠近氧收集导管部分和/或氢收集导管部分，并且每个阳极入口端定位为靠近氢收集导管部分和/或氧收集导管部分。

在这里规定，“端”的概念必须在流体的宽泛意义中而不是在严格的几何意义中理解。入口端从而可被限定为，从其利用蒸汽发生电解反应的流体区域(阴极入口端)，或从其由蒸汽排出产生的氧的流体区域(阳极入口端)。相似地，出口端可被限定为，电解反应不再从其发生的流体区域(阴极出口端)，或氧气不再从其产生的流体区域(阳极出口端)。不言自明的是，将入口端定位于电解槽的角落构成了特别的情况并在此限定范围内。

最后，表述“靠近”必须被理解成在本发明的上下文中意味着阴极隔室的入口端或阳极隔室的入口端定位在离相应地收集氧或氢的导管部分的外周一定距离处，以致在它所经受的还原反应的开始处或之前，蒸汽创建具有流速几乎是HTE电解槽的馈送流速的缓冲容积。

本发明因此包括使用还未被还原的蒸汽(即不包含或包含非常少的由电解产生的氧气和氢气的蒸汽)来在电解槽各部分周围创建缓冲容积，通过该电解槽的各部分，所产生的氧和氢被收集并流动。还未被还原的蒸汽因而尽可能的靠近其注入阴极隔室或阳极隔室的点而被明智地使用，以作为由电解产生的氢和氧之间的分隔缓冲。

换句话说，发明人因此考虑HTE电解槽和其效率的最优化额外在于创建使得隔室(阴极或阳极)的入口尽可能靠近同一隔室和/或另一个相对隔室的出口的缓冲区域，如之前引用的申请FR 10 51783中提到的那样。

事实上，在水电解反应中，在阴极处引入的蒸汽能够被立即转变成氢，并因此当其被用于对氧出口进行密封(产生的氧的收集)时，尽可能的靠近其引入点来做是有益的。

并且根据本发明的这个解决方案决不是显而易见的，因为在现有技术中通常接受的两个气体区域之间进行密封的解决方法在于将两个区域彼此分离。

不言自明的是，根据本发明，本领域技术人员谨慎地建立和维持足够的蒸汽流以便不断更新在缓冲区域中存在的蒸汽并且以便这种蒸汽保持纯净，即尚未填有反应气体(产生的O₂或H₂)。

关于在本发明的上下文中设想的蒸汽，其在阴极入口和阳极入口处可以为相同的组分，然后，如之前引用的申请FR 10 51783中描述的并要求的那样，至多包含1％氢。还可以设想在阴极入口处的蒸汽与在阳极入口处的蒸汽不同：然后可以在阴极的入口处具有包含5％或10％H₂的蒸汽，以及在阳极入口处包含至多1％H₂的蒸汽。无论哪种情况，留意从缓冲区域流至收集导管的蒸汽流动保持很小。

根据第一实施例，反应器包括至少一个导管，蒸汽可在该导管中流动，其中导管被形成在互连板中，其中所述导管的第一端连至能够输送蒸汽的馈送机构并且第二端输送出现在靠近每个阳极入口端或阴极入口端以及靠近被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个的区域中的蒸汽，并且其中所述区域被设计成在蒸汽到达阴极入口端或阳极入口端之前，在氧收集导管部分和氢收集导管部分的一个和/或另一个的外周周围创建所述蒸汽的缓冲容积。

根据这个实施例，至少一个肋状物(rib)可有利地定位在氢收集导管部分和氧收集导管部分的一个或另一个的外周周围，其中该一个或多个肋状物能够通过在导管的第二端的出口处朝着阴极入口端或阳极入口端将蒸汽推回而允许进行引导。肋状物实际上可为简单设计的金属密封件，即使其有差的本征性能，肋状物也使在收集导管部分内的蒸汽流动能够实质上减少。

同样根据本实施例，有利地具有与在氧收集导管部分和氢收集导管部分的一个或另一个的外周周围的肋状物相对地定位的多个附加肋状物，其中在两个相邻的附加肋状物之间的空间界定阴极入口端或阳极入口端，使推回的蒸汽的速度能够增加。

根据另一个实施例，还可进行选择以使每个阴极入口端和/或阳极入口端定位在反应器的外周处，以接收反应器周围的并且靠近被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氧收集导管部分和氢收集导管部分的一个和/或另一个的蒸汽，其中在阴极入口端或阳极入口端与氧收集导管部分和氢收集导管部分的一个和/或另一个之间限定的区域被设计成在氧收集导管部分和氢收集导管部分的一个或另一个的外周周围创建所述蒸汽的缓冲容积。

根据这个实施例，至少一个肋状物可被定位在氧收集导管部分和氢收集导管部分的一个和/或另一个的外周周围，其中一个或多个肋状物能够允许蒸汽被外围地引导在所述收集导管部分周围。

肋状物实际上可以是简单设计的金属密封件，即使其具有差的本征性能，也能使在收集导管部分内的蒸汽流动实质上减少。

根据本发明的用于水的高温电解的反应器意图在超过450℃、典型的在700℃和1000℃之间的温度下工作，。

附图说明

在阅读参考以下附图的详细说明的基础上，其他优点和特征会更清楚看到，其中：

-图1是根据本发明的用于高温电解的反应器的实施例的侧视图，

-图1A是在正常电解运行期间，在平面A-A中的图1的反应器的截面图，

-图1B是同样在正常电解运行期间，在平面B-B中的图1的反应器的截面图，

-图2是根据图1至图1B的靠近阴极入口端和氧收集器部分的反应器的详细立体图，

-图2A是图2的但根据阴极隔室的面8A的视图的详细视图，

-图2B是图2的但根据阳极隔室的面8B的视图的详细视图，

-图3是根据图1至图1B的靠近阳极入口端和氢收集器部分的反应器的详细视图，

-图3A是图3的但根据阳极隔室的面8B的视图的详细视图

-图3B是图3的但根据阴极隔室的面8A的视图的详细视图。

具体实施方式

本发明相关于用于生成氢的高温水电解槽的结构类型来描述。不言自明的是，本发明可适用于其他结构。所示的电解槽运行的高温高于450℃，典型地在700℃和1000℃之间。

规定：术语“上游”和“下游”参考蒸汽的流动方向和在阴极处产生的氢的流动方向而使用。

规定不同元件的表示非按比例。

在图1中已经表示了根据本发明的EHT电解槽，其包括多个堆叠的单元电池C1、C2等等。

每个单元电池包括定位在阴极和阳极之间的电解质。

在说明书的其余部分中，我们将具体描述电池C1和电池C2以及它们的接口(interface)。

电池C1包括阴极2.1和阳极4.1，电解质6.1(例如固态电解质)定位在其之间，其在被称为“电解质支撑”电池的电池的情况中通常100μm厚并且在被称为“阴极支撑”电池的电池的情况中是几μm厚。

电池C2包括阴极2.2和阳极4.2，电解质6.2定位在其之间。

阴极2.1、阴极2.2和阳极4.1、阳极4.2由多孔材料制成，并且例如，其在“电解质支撑”电池的情况中为40μm厚而且在“阴极支撑”电池的情况中相应地为大约500μm厚和40μm厚。

通过接触到阳极4.1和阴极2.2的互连板8，电池C1的阳极4.1电连接至电池C2的阴极2.2。另外，允许阳极4.1和阴极2.2被电力供电。

互连板8被插入在两个单元电池C1和C2之间。

在表示的示例中，其被插入在单元电池的阳极和相邻电池的阴极之间。但是其可以被插入在两个阳极或两个阴极之间。

互连板8与相邻的阳极和相邻的阴极限定流体流经的通道。更具体地，它们限定在阳极4中专用于气体流动的阳极隔室9和在阴极2中专用于气体流动的阴极隔室11。

在表示的示例中，阳极隔室9通过壁9.11与阴极隔室11分离。在表示的示例中，互连板8还包括至少一个导管10，该导管10与壁9.11一起界定阳极隔室9和阴极隔室11。

在表示的示例中，互连板包括多个导管10、多个阳极隔室9和多个阴极隔室11。有利地，导管10和隔室具有六边形蜂巢截面，其使得隔室9、隔室11和导管10的密度增加。

如图1A中所表示的，非经氢化的蒸汽被使得在每个阴极2.1、阴极2.2处和在阳极4.1、阳极4.2处作为排出气体流动。这种在非经氢化的蒸汽的阴极和阳极两者中的流动使得可能引起效率减损和/或由其导致的电解槽的全部或部分的破损的泄露风险减小。

图1A的箭头12和箭头13从而清楚地表示在阳极隔室9和阴极隔室11中的非经氢化的蒸汽的相等压力的同时路径。

在这种情况中示意性地表示的流动发生在电池C1的阳极隔室9和相邻电池C2的阴极隔室11之间的相反方向中(相反方向中的箭头12和箭头13)。

如图1B中所表示的，电解槽的结构还能使导管10的第一端10.1经由另一个导管连至非经氢化的蒸汽的供应端，且导管10的第二端10.2连至阴极隔室11。箭头14从而显示非经氢化的蒸汽从其在导管10中的流动(箭头16)朝着阴极隔室11的返回流动。

根据本发明，每个阴极入口端11.1被定位于靠近被制成穿过电池C1、电池C2、……电池Cn和互连板8的堆叠体的氧收集导管部分17，并且每个阳极入口端9.1被定位于靠近被制成穿过电池C1、电池C2、……电池Cn和互连板8的堆叠体的氢收集导管部分18。

因此，根据本发明，并如图2至图2A中所表示的，互连板8的面8A包括出现在互连板8的两个肋状物80、81之间的区域中的每个导管10的端10.2。

在两个相邻肋状物80之间的空间界定阴极隔室11的入口端11.1。肋状物81，就其本身而言，界定收集在阳极9处产生的氧的导管的部分17。如所示出的，导管10被规则地定位，它们的端10.2根据所确定的角度而彼此分开，如被单独地插入在导管的两个端10.2之间的端11.1。

如图2B中所表示的，互连板8的其他面8B(与8A即相反的一个面)，也包括肋状物82、肋状物83。

在两个肋状物82之间的空间界定阳极隔室9的出口端9.2。

肋状物83，就其本身而言，界定收集在阳极9处产生的氧的导管的部分17。

最后，这个面8B包括收集在阳极处产生的氧的导管170。如所示出的，导管170被规则地定位，它们的端10.2根据所确定的角度而彼此分开，如阳极端9.2。如以隧道形式示出的导管170允许在肋状物81和肋状物83之间的电解电池C的夹持力的经改进的传输。同样根据本发明，并如图3和图3A中所示的，互连板8的面8B包括在其外周上的由两个肋状物84、85界定的区域。在这两个肋状物84、85之间的空间界定阳极隔室9的入口端9.1。另一个肋状物86，就其本身而言，界定收集在阴极11处产生的氢的导管18的部分的外周。

如图3B中所示的，互连板8的其他面8A包括在其外周的肋状物87。两个其他肋状物88、89界定阴极隔室11的输出端11.2和收集在阴极11处产生的氧的导管的部分18的外周。

在表示的示例中，互连板8通过尤其通过在氧收集导管部分17周围的焊道(welding bead)19装配焊接至彼此的两个盘状金属板而制成。肋状物80、肋状物81、肋状物82、肋状物83、肋状物84、肋状物85、肋状物86、肋状物87、肋状物88和肋状物89从而是被挤压的部分肋状物。

在图3至图3B的实施例中，在氧收集导管部分18的周围没有焊道。

在这里规定，图3至图3B的HTE电解槽的实施例要求在电解电池的堆叠体的周围使用能够包含至多包含1％氢的蒸汽的密封壳体，如在申请FR 10 51783中所描述和要求的那样。

上述电解槽的运行因此可被概括如下：可以被预先加热的非经氢化的蒸汽进入导管10。当其移动进入导管10时，通过与互连板8排成一行的阳极9和阴极11进行热交换而将其加热。

首先，这种加热至接近电池C1的温度的温度的非经氢化的蒸汽通过端11.1进入阴极隔室11(图1B和2A的箭头14)。

更确切地，参考图2A，非经氢化的加热的尚未经历任何还原的蒸汽流从导管10的端10.2出现并且通过被推回(可以这么说)到肋状物81上以进入阴极端11.1。根据本发明，这种非经氢化的尚未被还原的蒸汽流的推回创建了在肋状物81的整个外周周围(即，在氧收集导管17的整个外周周围)的气体缓冲容积，如可从图2A中象征性地表示的弯曲的宽箭头中看出。这种缓冲容积是有意的处于与在导管17中收集的氧相比的稍微更高的温度。肋状物81的功能因此是允许通过将在导管10的第二端10.2的出口处的蒸汽朝着阴极入口端11.1或阳极入口端9.1排放而允许进行引导。与肋状物81相对定位的两个相邻的附加肋状物80之间的距离界定阴极入口端11.1，从而使被推回的蒸汽的速度在蒸汽通过所述端时增加。根据本发明缓冲区域的性能从而被改进。实际上，通过在通道11.1中以更高速度推动(可以这么说)被推回的蒸汽，产生的气体(H₂或O₂)的逆扩散现象被防止发生。话句话说，产生的气体将在从缓冲区域朝着收集导管部分的相反方向中流回的风险减少。或者，还换句话说，图2至图2B的实施例中设计的部分11.1的变窄使得蒸汽的速度在阴极隔室的入口处或阳极隔室的入口处增加，以为了防止提到的逆扩散。在当非经氢化的已进入阴极隔室11的蒸汽接触到阴极2时，其经历还原。然后根据以下反应生成氢：

2H₂O→2H₂+O₂。

通过沿着阴极隔室11的整个长度的还原而生成的氢被收集在专用收集导管18中。更准确地，如图3B中所描述的，根据箭头12流动的产生的氢，在面8A的外周区域中到达远至在肋状物88和肋状物89之间的阴极出口端11.2并进入收集导管18中。

此外，同时地，尚未包含氧的非经氢化的蒸汽通过互连板8的外周，通过由肋状物84、肋状物85界定的端9.1进入阳极隔室9(图3A的箭头15)。更确切的，这种不包含氧的非经氢化的蒸汽流在肋状物86周围、并从而在氢收集器18的部分的外周的周围分布。这种蒸汽流根据本发明在肋状物86的整个外周周围(即，在氧收集导管18的整个外周周围)创建气体缓冲容积，如可从图3A中象征性表示的宽箭头看出。该缓冲容积有意的处于与导管18中收集的氢相比稍微更高压力。

沿着阳极隔室9的整个长度在阳极9处产生的氧被收集在专用收集导管17中。更准确的，如图2B中所描述的，根据箭头13流动的产生的氧，在面8B的区域中到达远至在相邻肋状物82之间的阳极出口端9.2并经由导管170进入收集导管17。

刚被描述的本发明同时在于：

-使得蒸汽在阳极和在阴极中附随地流动，

-产生尽可能靠近氢和氧(其通过堆叠体和互连板产生)的相应收集导管部分的阳极入口端和阴极入口端，以为了在这些收集部分的周围创建处于稍微更高压力的蒸汽的缓冲容积。通过创建缓冲容积，因此产生了包括尚未还原且尚未包含氧的非经氢化的蒸汽的泄露流速。存在着或者通过(在非经氢化的蒸汽与收集到的氧或与收集到的氢之间)混合或者通过扩散源自于反应的踪迹，但是在给定缓冲容积的明智位置下，这些踪迹在所有情况下都是高度变淡的。

根据本发明的通过包含至多1％氢的蒸汽的注入而靠近氧和氢收集器部分创建的缓冲容积具有以下优点：

-制造简单，

-可以避免复杂设计的密封的使用，和/或避免要求必须被控制的实质机械夹具，

-如果使用附加密封，则保证改进的安全。

包含从HTE电解槽的外周注入的至多1％氢的、并靠近收集器18(见图4A)的部分的蒸汽，必须来自在其中限制所述蒸汽的密封壳，如申请FR 10 51783中所描述和要求的。

尽管没有具体描述，不言自明的是材料的一个或多个层可被沉积在电池的三个构成部分(阳极、阴极、电解质)中的每一个上，并还沉积在互连器或互连板上。

并且，其他改进可以在没有超出本发明的范围的情况下而被制成。

因此，在描述的实施例中，图2至图2B中所示的实施例说明在阴极隔室11的入口11.1和氧收集导管的部分17的外周之间的缓冲容积的创建，而图3至图3B中所示的实施例说明在阳极隔室9的入口9.1和氢收集导管部分18的外周之间的缓冲容积的创建。

可以设计一种HTE电解槽结构(可以颠倒来说)，即，使用图2至图2B中所示的实施例，其使得能够创建在阳极隔室11的入口9.1和氢收集导管的部分17的外周之间的缓冲容积，而图3至图3B中所示的实施例将允许在阴极隔室11的入口11.1和氧收集导管部分18的外周之间创建缓冲容积。换句话说，导管部分17和导管部分18的收集功能被颠倒，且隔室9和隔室11的功能被颠倒。这显然可以通过在HTE电解槽内保持互连板8的相同定位但是通过反转电解电池C1、电解电池C2、……电解电池Cn(其中阴极2.1、阴极2.2、……阴极2.n此时被制成与板8的面8B相对，而阳极4.1、阳极4.2、……阳极4.n此时被制成与板8的面8A相对)来实现。

还可进行选择以在单个HTE电解槽内具有根据图2至图2B的两个实施例，即，用于同时在阴极隔室11的入口11.1和氧收集导管部分17的外周之间、以及在阳极隔室9的入口9.1和氢收集导管部分18的外周之间创建缓冲容积。

还可进行选择以在单个HTE电解槽内具有根据图3至图3B的两个实施例，即，用于同时在阴极隔室11的入口11.1和氧收集导管部分17的外周之间、以及在阳极隔室9的入口9.1和氢收集导管部分18的外周之间创建缓冲容积。

还可进行选择以在单个HTE电解槽内具有根据图2至图2B的实施例和根据图3至图3B的实施例。

还可进行选择以在单个HTE电解槽内具有靠近氢收集导管部分18而定位的每个阴极端11.1，以及具有靠近氧收集导管部分17而定位的每个阳极端9.1：然后根据本发明的缓冲区域在给定产生的气体(H₂或O₂)入口和出口之间创建。

进一步地，如果在所描述的实例中，在阳极隔室和阴极隔室的入口处的蒸汽为非经氢化的，不言自明的是，针对产生氢的视角，这种蒸汽也可包含不参与到实际电解反应中的气体(诸如氮和/或CO₂)。

最后，尽管单独地描述关于水电解的应用，不言自明的是本发明可被施用于其他电催化的反应器，只要一种或多种入口气体可被认为关于出口气体(反应气体)中性且无害，并只要在出口气体的一个中的一种或多种入口气体的最小存在不妨碍它/它们的收集。

Claims

1.一种用于水的高温电解的反应器，包括：基本电解电池(C1、C2、……Cn)的堆叠体，其每个都由阴极(2.1，2.2)，阳极(4.1，4.2)和夹在阴极与阳极之间的电解质(6.1，6.2)形成，其中至少一个互连板(8)安装在两个相邻的单元电池之间，以与两个单元电池中的一个的电极和两个单元电池中的另一个的电极电接触，其中互连板界定至少一个阴极隔室(11)和至少一个阳极隔室(9)以便气体分别在阴极中和在阳极中流动，

其中，所述阴极隔室(11)的端中的一个被称为阴极入口端，其连至能够输送蒸汽的馈送机构，并且所述阳极隔室(9)的端中的一个被称为阳极入口端，其也连至能够输送蒸汽的馈送机构，

其中，所述阴极隔室(11)的端中的另一个被称为阴极出口端，其出现在被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氢收集导管的部分，并且所述阳极隔室(9)的端中的另一个被称为阳极出口端，其出现在被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氧收集导管的部分中，

并且其中，每个阴极入口端(11.1)被定位为靠近氧收集导管部分和/或氢收集导管部分(17)，并且每个阳极入口端(9.1)被定位为靠近氢收集导管部分和/或氧收集导管部分(18)。

2.根据权利要求1所述的用于水的高温电解的反应器，包括蒸汽可在其中流动的至少一个导管(10)，其中所述导管(10)在互连板(8)中形成，其中所述导管的第一端(10.1)连至能够输送蒸汽的馈送机构，并且第二端(10.2)输送出现在靠近每个阴极入口端或阳极入口端的以及靠近被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个的区域中的蒸汽，并且其中该区域被设计成在蒸汽到达阴极入口端或阳极入口端前，在氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个的外周周围创建所述蒸汽的缓冲容积(14)。

3.根据权利要求2所述的用于水的高温电解的反应器，包括至少一个肋状物(81)，其被定位在氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个或另一个的外周周围，其中一个或多个所述肋状物能够通过在所述导管的第二端的出口处朝着阴极入口端或阳极入口端将蒸汽推回来允许进行引导。

4.根据权利要求3所述的用于水的高温电解的反应器，包括多个附加肋状物(80)，其与在氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个或另一个的外周周围的肋状物(81)相对地定位，其中在两个相邻的附加肋状物(80)之间的空间界定阴极入口端或阳极入口端，使得排放蒸汽的速度能够增加。

5.根据权利要求1所述的用于水的高温电解的反应器，其中每个阴极入口端和/或阳极入口端定位在反应器的外周上以接收反应器周围的并靠近被制成穿过电池和互连板的堆叠体的氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个的蒸汽，其中在阴极入口端或阳极入口端与氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个之间限定的区域被设计成在氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个的外周周围创建所述蒸汽的缓冲容积(13)。

6.根据权利要求5所述的用于水的高温电解的反应器，包括至少一个肋状物(84，85，86)，其被定位在氧收集导管部分和氢收集导管部分中的一个和/或另一个的外周周围，其中一个或多个肋状物能够允许蒸汽被外围地引导(13)在所述收集导管部分的周围。

7.根据上述权利要求中的一项所述的用于水的高温电解的反应器，其意图在超过450℃、典型地在700℃至1000℃之间的温度处下工作。