JP2003505591A - 電解槽内での気液分離方法及び装置 - Google Patents

電解槽内での気液分離方法及び装置

Info

Publication number
JP2003505591A
JP2003505591A JP2001511243A JP2001511243A JP2003505591A JP 2003505591 A JP2003505591 A JP 2003505591A JP 2001511243 A JP2001511243 A JP 2001511243A JP 2001511243 A JP2001511243 A JP 2001511243A JP 2003505591 A JP2003505591 A JP 2003505591A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chamber
oxygen
hydrogen
effluent
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001511243A
Other languages
English (en)
Inventor
トルペ，スティーブン，ジエイ．
ラチヤンス，レイナルド，ジイ．
タパン，ダニエル
Original Assignee
スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン filed Critical スチュアート エナーヂ システムズ コーポレーシヨン
Publication of JP2003505591A publication Critical patent/JP2003505591A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 水素を製造するための水電解槽の第１の水性電解質溶液に連行された水素ガスと第２の水性電解質溶液に連行された酸素ガスとを分離する改善された方法であって、上記第１の溶液中の水素ガスの第１の２相流排出液を生成させ；上記第２の溶液中の酸素ガスの第２の２相流排出液を生成させ；上記第１の排出液を、上記水素ガスを上記第１の排出液から分離するための水素室を形成する部分(442)を有する第１の分離室(440)に供給し(448)；上記第２の排出液を、上記酸素ガスを上記第２の排出液から分離するための酸素室を形成する部分を有する第２の分離室に供給し；上記水素ガスを上記水素室から回収し(50)；上記酸素ガスを上記酸素室から回収し；上記第１排出液を回収し；上記第２排出液を回収する；ことからなる方法において、上記第１排出液の少なくとも一つを、上記水素室中に排出させそして上記第２排出液を上記酸素室に排出させることを特徴とする、水素ガスと酸素ガスの分離方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の分野 本発明は電解槽、特に、水素と酸素を製造するための水電解槽、特に、水性電
解液中に連行される水素及び酸素ガス状生成物を分離する方法と装置に関する。
【０００２】発明の背景 電気合成(electrosynthesis)は、電気化学的セル内で、外部電力源からアノー
ド電極とカソード電極の間の電解液に電流、典型的には直流(DC)を通じることに
より電気的に行われる、化学反応を生じさせるための方法である。化学反応が生
じる比率は、寄生反応(parastic reaction)が存在しない場合には、電流に比例
する。例えば、液状アルカリ性水(liquid alkaline water)電解槽においては、
DC電流を水性電解液中の２つの電極の間を通過させて、水、即ち、反応剤をその
成分生成物ガス、即ち水素と酸素とに分割し、生成物ガスをそれぞれの電極表面
で発生させる。
【０００３】 水電解槽は、電解反応中に生成した２種のガス、即ち、酸素と水素を分離した
状態に保持し、混合しないようにするために、典型的には、電解槽の両半分の間
の圧力を調節するための圧力制御システムに依存していた。
【０００４】 今日、商業的に広く使用されている慣用の単極電解槽の設計においては、１個
のセル又は一系列の(平行な)セルが、１個の機能的電解槽(functional
elctrolyser)、セルコンパートメント(cell compartment)又は別個の槽中に収容
されている。各々のセルは別個の槽中の電極対の集成体から形成されており、並
列に連結された電極対の集成体の各々は単独の電極対としての働きをする。セル
への連結は、A.T.Stuartのカナダ特許第302,737号(1930)に開示されるごとき連
続母線(interconnecting bus bar)を使用して、限られた面接触によって行われ
る。電流は、セルコンパートメントの間の前記した母線集成体を使用する二点間
電気接続を使用して、１個のセル内のカソードの一部から供給され、隣接するセ
ルのアノードに通送される。通常、電流は１個の電極において、種々の地点から
及びボルト締め、溶接又は同様の形式の連結によって種々の地点で次の電極に対
して行われた連結部から流出し、そして、各々の連結部は大きな電流密度を通過
させることのできるものでなければならない。
【０００５】 大部分のフィルタープレス型電解槽では、金属、プラスチックス、ゴム、セラ
ミックス及び種々の繊維ベース構造体を包含し得る種々の材料を使用してセルの
アノード部分とカソード部分とを絶縁している。多くの場合、O−リング状溝が
フレーム中に機械加工されているか、又は、フレームがO−リングを挿入できる
ように成形されている。典型的には、セル内の電極を包囲し、電解液の循環、反
応剤の供給及び生成物の除去のためのチャンネルを形成させるためには、集成体
と異なる少なくとも２種の材料が必要である。
【０００６】 The Electrolyser Corporation Ltd及びStuart Energy Systems Incの名義で
1998年７月９日に発行されたWO98/29912号には、単一スタック電解槽(single
stack electrolyser）(SSE)においては電流を直列に供給するか、又は、多重ス
タック電解槽(multiple stack electrolyser)(MSE)においては電流を並列に供給
するように形成された、かかる単極電解槽系が記載されている。上記WO98/29912
号にはSSE及びMSE電解槽についての構成部材と集成体のデザインの詳細が記載さ
れている。
【０００７】 本明細書において、“セル”又は“電気化学的セル”という用語は、アノード
及びカソードを包含する少なくとも1対の電極を含有し、アノード及びカソード
の各々がセルスタック(セル積重ね体)配列体(cell stack configuration)内で適
当に保持されている構造体を意味する。後者は、更に、水性電解液を循環させ、
生成物を排出させる循環フレーム及びガスケットのごとき一連の構成部材を含有
している。セルは、更に、セパレーターを包囲容器内に密閉し、機械的に保持す
るのに適当な装置を有するセパレーター集成体及び隣接するセルブロックを分離
するのに使用される端部壁を含有している。多数のセルを直列に又は並列に連結
してセルスタック(cell stack)を形成させることができるが、セルを形成させる
のにどのように多くのセルを使用し得るかについて制限はない。セルブロック (cell block)は１個又はそれ以上のセルからなる装置であり、多数のセルブロッ
クが外部母線によって連結されている。前記WO98/29912号には並列に又は直列に
又はこれらの組合せによって連結された１個又はそれ以上のセルからなる機能電
解槽が記載されている。
【０００８】 かかるセル積層電気化学系の形状に応じて、最も単純な直列配列体(series
configuration)においては、各々、各スタックの各々の端部に端部ボックスを包
含しているか、又は、各々のセルブロックの端部に取付けられた端部ボックスの
集成体を包含している。別の態様の電解槽は、並列のセルの組合せと直列のセル
の組合せの両者が集成されている場合、水平ヘッダーボックスに結合させるのに
適した端部ボックスを包含している。
【０００９】 電解液を電解する際のセルスタックの操作においては、アノードは酸素ガスを
生成させる働きを行い、これに対し、カソードは水素ガスを生成させる働きを行
う。２種のガスは低透過性膜セパレーターによって分離され、隔離された状態に
保持されている。ガスと電解液の流動は、一つのセル部材を第２のセル部材から
シールし、タンクと同様にセルスタック中に電解液を収容する働きもする循環フ
レームとガスケットの集成体によって誘導される。
【００１０】 剛性端部ボックスは、気体/液体分離装置として働く他に、セルの頂部から流
出する電解液の還送チャンネルを提供することを包含する種々の機能を行い得る
。端部ボックスは液面センサーのごとき電解液の水準を制御するために使用され
る部材及び温度を制御するために使用される部材、即ち、例えば、ヒーター、ク
ーラー又は熱交換器についての位置も提供し得る。なお、端部ボックス内で適当
なセンサーを使用することにより、個々のセルスタック電解液及びガスの純度を
監視し得る。更に、大部分の電解液は電解槽内を再循環させるが、電解液流を各
端部ボックスから取出して、外部液面制御、電解液密度、温度、セル圧力及びガ
ス純度の制御及び監視を行い得る。この電解液流を同一の端部ボックスに還流さ
せるか又は他の同様の液流と混合し、端部ボックスに還流し得る。別法として、
プローブ(探針)を端部ボックスに装入してこれらのパラメーターを制御し得る。
端部ボックスは気液分離を改善するために端部ボックス中に存在する液体に２相
混合物を提供するための導管も有し得る。同一のタイプのガスを含有する同様の
タイプの端部ボックスを、これらが共通の電解液レベルを有するようにヘッダー
を介して連結し得る。
【００１１】 かくして、液状電解質から電解ガスを製造するMSE又はSSE電解槽は気相と液相
の分離を必要とし、かつ、電解液の循環も必要とする。気体と液体が緊密に混合
しており、気泡が小さい場合には、通常、気液分離を不良にする発泡が生じる。
端部ボックス/ヘッダーからの気体を電極/セパレーター間隙スペーサーに再循環
させることにより、電解液抵抗率が効果的に増大し、操作セル効率が低下する。
このことにより、端部ボックスの形の大きな形状の導管を構築することが必要と
なり、このことが経済的負担となる。しかしながら、水素と酸素ガスを製造する
水電解槽の操作においては、水素担持電解質液と酸素担持電解質液との混合が生
じないことが最も重要である。従って、連行された気体を水溶液から可能な限り
多量に除去することが主要な目的である。更に、セルの設計において、セル、ス
タック及び端部ボックス、ヘッダー等のごとき付随部材の寸法を最小化すること
が望ましい。従って、前記したごとき気液分離という目的を達成する場合、セル
容積の減少という目的を満足させることが必要である。本発明はこれらの２つの
要求の両者を達成するものである。
【００１２】発明の要約 本発明の目的は、電解槽内の水性電解液から水素と酸素ガスを分離するための
改善された方法と装置を提供することである。
【００１３】 従って、本発明の一つの要旨によれば、水電解槽の第１の水性電解質溶液に連
行された水素ガスと第２の水性電解質溶液に連行された酸素ガスとを分離する改
善された方法であって、 上記第１の溶液中の水素ガスの第１の２相流体排出液(two-phase flow
discharge)を生成させ； 上記第２の溶液中の酸素ガスの第２の２相流体排出液を生成させ； 上記第１の排出液を、上記水素ガスを上記第１の排出液から分離するための水
素室を形成する部分を有する第１の分離室に供給し； 上記第２の排出液を、上記酸素ガスを上記第２の排出液から分離するための酸
素収容室を形成する部分を有する第２の分離室に供給し； 上記水素ガスを上記水素室から回収し； 上記酸素ガスを上記酸素室から回収し； 上記第１排出液を回収し； 上記第２排出液を回収する； ことからなる方法において、上記第１排出液の少なくとも一つを、上記水素室中
に排出させそして上記第２排出液を上記酸素室に排出させることを特徴とする、
水素ガスと酸素ガスの分離方法が提供される。
【００１４】 本明細書及び特許請求の範囲で使用される“水素室”という用語は、この室内
の液体の表面の上方にある、第１分離室の、本質的に水素を含有する空間を意味
する。
【００１５】 本明細書及び特許請求の範囲で使用される“酸素室”という用語は、第２の室
内の液体の表面の上方にある、第２分離室の、本質的に酸素を含有する空間を意
味する。
【００１６】 かくして、２相流体を、排出室中に存在し得る任意の液体の液面の上方にあっ
て、水素含有相又は酸素含有相だけを実質的に含有するそれぞれのガス収容室中
に排出させることにより、重力、遠心力、ガス収容室内での増大した滞留時間等
のごとき物理的パラメーターにより、より効率的な気液分離が提供される。任意
の液体面上の流体を、好ましくは少なくとも水平に、より好ましくは、上方に突
出する噴水又は同様の噴霧液のごとく垂直に向けることにより、２相流体排出液
を、単に液流として、室内又はフォーム(foam)中に滞留するか又は恐らくは一時
的に存在する液体中に注入した又は合体させた場合より分離が良好に行われる。
【００１７】 最も好ましい２相分離器系は渦巻き又は液体サイクロンの原理を使用する。
【００１８】 上記したごとき本発明を実施することは、排出室が端部ボックスとして構成さ
れ、気体/液体混合物が液面の上方で、端部ボックスの頂部及び水平ヘッド付近
で開放される場合に特に有用である。気体/液体混合物は、端部ボックス内で、
噴水又は同様の噴霧液として、適当に配置された、実質的に垂直な“煙突”
(“chimney”)状部材を介して、セルスタックについての電解液の循環により端
部ボックス又はヘッダー内に形成された、非常に減少した量の気体を連行してい
る気体/液体２相流体の表面の上方に排出することが好ましい。端部ボックス内
に“煙突”の形で内部固定(internal fixation)部材を追加することは、下記の
利点を有する： (i) 気泡の形で閉じ込められた気体の循環によって発生する内部抵抗が最小に
なることにより、気体と液体の分離が増大し、電解槽の操作効率が改善される； (ii) 端部ボックス内の液流の循環及びセルブロック中への液流の循環が改善
され、内部流率が増大する；及び (iii) ) 端部ボックスの断面が最小化されることにより、MSE及びSSE電解槽の
規模(footprint)を最小化するメカニズムが提供される。
【００１９】 本発明の別の要旨によれば、 第１の水性電解質溶液中の前記水素ガスの、第１の２相流排出液を生成させる
装置； 第２の水性電解質溶液中の前記酸素ガスの、第２の２相流排出液を生成させる
装置； 水素室を形成する部分を有する第１の分離室； 酸素室を形成する部分を有する第２の分離室； 前記第１排出液を前記第１分離室に供給して、前記水素ガスを上記第１排出液
から分離する装置； 前記第２排出液を前記第２分離室に供給して、前記酸素ガスを上記第２排出液
から分離する装置； 上記水素ガスを上記水素室から回収する装置； 上記酸素ガスを上記酸素室から回収する装置； 上記第１排出液を上記第１分離室から回収する装置； 上記第２排出液を上記第２分離室から回収する装置； からなり、(a)前記第１排出液を前記水素室に供給するための装置及び(b)前記第
２排出液を前記酸素室に供給するための装置の少なくとも一つを有することを特
徴とする、水素ガスと酸素ガスを製造するための改善された水電解槽が提供され
る。
【００２０】図面の簡単な説明 本発明に従って構築された電解槽及び電気化学系を、添付図面を参照して説明
する； 図１は、各々、並列に連結された２個のセルからなる４個のスタックを直列に
連結したものからなる、従来技術に従った多重スタック電気化学的系(MSE)の分
解透視図である； 図２は、多数の端部ボックスとヘッダーボックスを有する、従来技術に従った
MSE電解槽の部分透視分解図である； 図３は、従来技術に従った、図１のMSE電解槽の部分に結合された端部ボックス
の断面図である；
【００２１】 図４は、本発明に従って、煙突状部材を組込んだ端部ボックスの断面図である
； 図５及び６は、本発明に従って、別の形状の煙突状部材を組込んだ端部ボック
スの断面図である； 図７は、図６のライン7-7に沿った平面略図である；これらの図面において、
同じ数字は同様の部分を示す。
【００２２】好ましい態様の詳細な説明 図１には、前記WO98/29912号に記載の態様としての、従来技術に従った単極MS
Eが20として一般的に示されている。
【００２３】 電気化学的系20は４個のセルスタック22からなるセルブロックとして示されて
おり、これらのセルスタックは直列に連結されておりそして各々のセルスタック
の２個の電解セル(electrolysis cell)は並列に連結されている。
【００２４】 セルスタック22の各々は、２個のアノード110と２個のカソード30を有する２
個のセルからなる。各々の区画において、アノード液フレーム38がアノード110
に隣接して設けられてアノード液室を形成しており、カソード液フレーム40がカ
ソード30に隣接して設けられてカソード液室を形成している。アノード液フレー
ム38は、その構造がカソード液フレーム40と実質的に同一であり、一般的に、電
解液循環フレームと称し得る。
【００２５】 所与のセルにおける各々のアノード室とカソード室は、それぞれのアノード室
とカソード室で生成された、異なる電解生成物、即ち、酸素と水素の混合を減少
させるためにセパレーター36によって分離されている。
【００２６】 電気化学的系20は、各々のスタック22の端部に端部ボックス44を有する。図１
を特に参照すると、各々の端部ボックス44には、該ボックスの側面に、それぞれ
のアノード液室とカソード液室に連絡している下方開口46と上方開口48が設けら
れている。各端部ボックス44の頂部のガス出口50により、電解反応の際に発生し
たそれぞれのガスを捕集するための出口が提供される。セルスタック22とセルブ
ロック20に全体は、電解液又は気体の漏洩を防止するための液体の密封がおこな
われるように十分な力で保持されている。締付け棒52及び連結棒を有する端部ボ
ックス44を形成するために使用される長方形のチューブのごとき剛質構造部材及
び付随するファスナー(図示せず)を使用することにより、適度な締付け圧力でス
タックをシールするための均一負荷分布表面(even load distributing surface)
が提供される。端部ボックスが締付け棒により相互に電気的に接続されることを
防止するために、端部ボックス44と締付け棒52との間に電気絶縁パネル54が挿入
されている。
【００２７】 端部ボックス44の表面が電解液と接触することを防止するために、各々のスタ
ックの端部に、電解液フレーム38又は40と端部ボックス44の間に絶縁平面ガスケ
ット26が設けられている。ガスケット26には流体を循環させるための端部ボック
ス中の開口48及び46と同じ位置に、それぞれ、上方開口及び下方開口(図示せず)
が設けられている。
【００２８】 改善のために、既知の電気化学的系を変更して上記した端部ボックスを包含さ
せ得ることは理解されるであろう。
【００２９】 電気合成に使用される電解槽については、隣接する端部ボックスの間の1個の
セルブロックから次のセルブロックに液体を進行させて1回の通過当たりの変換
を促進し得る。端部ボックス44は、必要に応じて適当な補強材を用いて、スチー
ル、ステンレススチール、ニッケル又はプラスチックスを包含する、アルカリ又
は酸をベースとする電気化学系に適当な種々の材料から製造し得る。
【００３０】 図２を参照すると、別の態様のMSE電解槽は、生成物ガス用のベント302を有す
る水平ヘッダーボックス300と結合させるのに適合した端部ボックス44を有する
。端部ボックス44には、それぞれ、316及び318で示される上方及び下方開口が設
けられている。312及び314で示される、間隔を置いて設けられた一対の上方及び
下方開口を有するガスケット310が、ヘッダーボックス300と端部ボックス44の間
に設けられている。
【００３１】 図３を参照すると、ヘッダーボックス300を端部ボックス44に固定した場合、
ヘッダーボックス300の、間隔を置いて設けられた上方及び下方開口324及び326
は、それぞれ、ガッスケット310中の開口312及び314、及び、端部ボックス44中
の開口316及び318と同じ位置にある。電解液が、直接、ヘッダーボックス300の
室330に流入すること又は電解液を冷却することを減少させるか又は防止するた
めに、バッフル31２8が使用されている。端部ボックス中の邪魔板336により、電
解槽スタック中に存在する２相流体がヘッダーボックス300の入口に向けて上昇
し、ヘッダーボックス300に流入するようにする。
【００３２】 流体の流動の方向を示す矢印に従って、ガス担持電解液をセルブロックの下方
流体通路から端部ボックス44に流入させそして端部ボックス44内を上昇させる；
上記電解液は同じ位置にある開口316、312及び324によって形成される上方入口
を経てヘッダーボックス300に流入する。分離された生成物ガスを含有する電解
液を開口318、314及び326によって形成される下方出口を経て端部ボックス44に
循環させる。ヘッダーボックス300を包含する電解槽では、有利なことに、MSEの
セルスタックの間で電解液の混合が行われ、それによって、電解槽内で化学的勾
配(化学反応の相違)(chemical gradient)が生じることが防止される。
【００３３】 操作を停止したとき、電解液を各々の端部ボックス44に還流させ、それによっ
て、セルスタックの間の液体電解液回路(liquid, electrolyte circuit)を破断
する。なお、ヘッダーボックス300の使用により、電解液を別個の収容タンクか
ら電解槽に供給する必要がなくなり、有利なことに、電解槽の操作停止時に電解
槽中で危険なほど低い液面が生じることが回避される。
【００３４】 図４を参照すると、同図には端部ボックス44の頂部の中心から偏在している水
素捕集ベント管50を有する、全体的として440で示される端部ボックス44の上半
部が示されている。上半部440は水素分離室442を形成する上方部分と、カソード
液受容室444を形成する下方部分とから構成される。
【００３５】 室442の内部の中心に、フレーム40内のカソード液室と連絡している水素/カソ
ード液供給導管448と一体に形成された直角排出用煙突状部材446が設けられてい
る。
【００３６】 分離室440、水素室442及びカソード液受容室は、それぞれの水平及び垂直軸、
それぞれ、“Ｘ及びＹ”を有する。
【００３７】 特に、煙突446状部材は、出口452を有する垂直配列部分450及び一体形成され
た水平部分454を有する。
【００３８】 水素分離室442は、本質的に液体を含有していない室442中に排出された水素/
カソード液２相混合物から発生した、実質的に単一の相からなる水素ガスを含有
している。室442中に排出されたカソード液は、重力の下で、セル内での電解液
の循環により端部ボックス中に形成された、非常に低い連行気体 液体２相水準
を有する、本質的に液体を含有する室444に落下する。
【００３９】 操作の際には、供給導管448からの２相混合物は、噴水又は同様の噴霧液のご
とく、実質的に垂直に、上向に、煙突状部材446の出口452から排出される。かく
して、排出液は90゜の角度で、水素室442の垂直軸に実質的に平行に、該水素室
442に流入する。
【００４０】 かくして、２相流体の排出は図３に示す従来の方法とは異なる方向と方法で行
われる；即ち、図３に示す従来の方法では２相排出液は、最良の場合でも、水平
に注入されるに過ぎず、図４の室444に類似する図３の室314内で大量の液体中の
連行ガスと液体の両者が重力の下で、当初、直ちに、下方に移動する。
【００４１】 図３を参照することにより、閉じ込められた水素気泡は、当初、液体本体と共
に下方に運ばれ、従って、バッフル328の上部の水素室330中に逃散するためには
、向流に迅速に打克つことが必要であることは明らかである。これとは極めて対
照的に、図４に示す態様は、上方への運動を行うものは、全体として、気体/液
体混合流であり、このことにより気体と液体の分離が促進され、特に、液体が噴
霧液又は噴水の形である場合には、液体によるインピーダンスが減少することを
示している。
【００４２】 図５はより好ましい態様を示すものであり、この態様では、端部ボックスは、
倒置切頭円錐形(inverted frustoconical)室552を形成する末端部分548と、水素
室542の縦軸に平行な縦軸“Ｙ”を有する、同様に配置された煙突状部材546と還
流液室544を有する。室552内に、部分548と同心的なかつこれと対称的に配置さ
れて切頭円錐形通路554を形成している内部質実切頭円錐形部材550が設けられて
いる。部材550は４個のファスナー556により室552内に設置され、固定されてい
る。末端部分548は有孔又は“濾過器状”(“cullender-like”)部材を構成する
ために、多数の小孔556を有する。
【００４３】 かくして、操作の際には、ガス連行カソード液は、渦巻き運動の下で、垂直な
螺旋流として通路552から排出して、水素室542内で分離するための２相について
の滞留時間を増大させる。
【００４４】 図6及び図７を参照すると、端部ボックス44は、上方部分604を有する中空直角
−垂直(right-vertical)シリンダー602と、出口608を形成する末端部分を有する
一体的に形成された中空倒置切頭円錐形部分606とからなる、全体として600で示
される煙突状部材を有する。部分604からその上方に伸長している上方部分612及
び切頭円錐形部分606の上方で終了しかつ入口616を形成している下方部分614を
有する中空直角垂直内部シリンダー610がシリンダー602の内部に同心的に設けら
れている。シリンダー602は、弦状に(chordally)配置されたカソード液導管620
によって形成された、実質的に環状の出口開口618を形成する周辺部分を有する
。開口618の下方部分620は入口616の水平面と実質的に直結している。煙突状部
材600は液体サイクロンを構成しており、ここで、導管616からの２相カソード液
流体を、カソード液の偏在的導入(off-set introduction)により、室613内で回
転流に変換する。誘発された遠心力と重力の組合せの効果により、液体が608に
落下しついでここから排出し、気体が入口616からシリンダー610に流入しついで
出口610から流出する結果として、気体/液体の分離が増大する。矢印は液体サイ
クロン中での一般的な気体(広範囲)及び液体(狭い範囲)の流れを示す。
【００４５】 上記図４-６の態様を電解液からの水素の分離に関して説明したが、この態様
は酸素−アノード液にも、必要な変更を加えて、同様に、適用し得ることは容易
に理解されるであろう。
【００４６】 本明細書では本発明のある種の好ましい態様を説明し、例示したが、本発明は
これらの特定の態様に限定されないことを理解すべきである。むしろ、本発明に
は、上記で説明し、例示した特定の態様及び要旨と機能的及び機械的に均等な全
ての態様を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各々、並列に連結された２個のセルからなる４個のスタックを直列に連結した
ものからなる、従来技術に従った多重スタック電気化学的系(MSE)の分解透視図
である。
【図２】 多数の端部ボックスとヘッダーボックスを有する、従来技術に従ったMSE電解
槽の部分透視分解図である。
【図３】 従来技術に従った、図１のMSE電解槽の部分に結合された端部ボックスの断面
図である。
【図４】 本発明に従って、煙突状部材を組込んだ端部ボックスの断面図である。
【図５】 本発明に従って、別の形状の煙突状部材を組込んだ端部ボックスの断面図であ
る。
【図６】 本発明に従って、別の形状の煙突状部材を組込んだ端部ボックスの断面図であ
る。
【図７】 図６のライン7-7に沿った平面略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月２３日（２００１．４．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ラチヤンス，レイナルド，ジイ． カナダ国 ケベック ジイ９テイ ５ケー ５．グランド−メアー，サード ストリー ト 2901 (72)発明者 タパン，ダニエル カナダ国 ケベック ジイ９テイ ５ケー ５．グランド−メアー，サード ストリー ト 2901 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 BA02 BC03 BC04 CA09 CA10 CA11 DB04 DC01 DC03

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水素と酸素を製造するための水電解槽の第１の水性電解質溶液
    に連行された水素ガスと第２の水性電解質溶液に連行された酸素ガスとを分離す
    る改善された方法であって、 上記第１の溶液中の水素ガスの第１の２相流排出液を生成させ； 上記第２の溶液中の酸素ガスの第２の２相流排出液を生成させ； 上記第１の排出液を、上記水素ガスを上記第１の排出液から分離するための水
    素室を形成する部分を有するかつ水平軸を有する第１の分離室に供給し； 上記第２の排出液を、上記酸素ガスを上記第２の排出液から分離するための酸
    素収容室を形成する部分を有するかつ水平軸を有する第２の分離室に供給し； 上記酸素ガスを上記第２の排出液から分離し； 上記水素ガスを上記水素室から回収し； 上記酸素ガスを上記酸素室から回収し； 上記第１排出液を回収し； 上記第２排出液を回収する； ことからなる方法において、上記第１排出液の少なくとも一つを、上記水素室中
    に排出させそして上記第２排出液を上記酸素室に排出させることを特徴とする、
    水素ガスと酸素ガスの分離方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の排出液を、前記水素室に排出する、請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 前記第２の排出液を、前記酸素室に排出する、請求項１又は２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１の排出液及び前記第２の排出液を、前記水素室及び前
    記酸素室の上方にかつ水平軸より大きい角度で排出する、請求項１〜３のいずれ
    か一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第１の排出液を前記水素室の垂直軸に平行に、実質的に上
    方に向けて排出する、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 水素室内の前記第１の排出液を液体サイクロンにかける、請求
    項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 第１の水性電解質溶液中の前記水素ガスの、第１の２相流排出
    液を生成させる装置； 第２の水性電解質溶液中の前記酸素ガスの、第２の２相流排出液を生成させる
    装置； 水素室を形成する部分を有する第１分離室； 酸素室を形成する部分を有する第２分離室； 前記第１排出液を前記第１分離室に供給して、前記水素ガスを上記第１排出液
    から分離する装置； 前記第２排出液を前記第２分離室に供給して、前記酸素ガスを上記第２排出液
    から分離する装置； 上記水素ガスを上記水素室から回収する装置； 上記酸素ガスを上記酸素室から回収する装置； 上記第１排出液を上記第１分離室から回収する装置； 上記第２排出液を上記第２分離室から回収する装置； からなり、(a)前記第１排出液を前記水素室に供給するための装置及び(b)前記第
    ２排出液を前記酸素室に供給するための装置の少なくとも一つを有することを特
    徴とする、水素ガスと酸素ガスを製造するための改善された水電解槽。
  8. 【請求項８】 前記第１の排出液を、前記水素室に供給する装置を有する、請
    求項７に記載の電解槽。
  9. 【請求項９】 前記第２の排出液を、前記酸素室に供給する装置を有する、請
    求項７又は８に記載の電解槽。
  10. 【請求項１０】 前記水素室は、垂直軸及び水平軸及び前記第１の排出液を上
    記水平軸より大きい角度でかつ該水平軸より上方に供給する装置を有する、請求
    項７〜９のいずれか一つに記載の電解槽。
  11. 【請求項１１】 前記第１の排出液を、上記垂直軸に実質的に平行に供給する
    装置を有する、請求項１０に記載の電解槽。
  12. 【請求項１２】 前記酸素室は、酸素室水平軸及び酸素室垂直軸及び前記第２
    の排出液を、上記酸素室水平軸より大きい角度でかつ該水平軸より上方に供給す
    る装置を有する、請求項７〜１１のいずれか一つに記載の電解槽。
  13. 【請求項１３】 前記第２の排出液を、前記酸素室垂直軸に実質的に平行に供
    給する装置を有する、請求項１２に記載の電解槽。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２分離室の少なくとも一つは端部ボックスを
    構成する、請求項７〜１３のいずれか一つに記載の電解槽。
  15. 【請求項１５】 前記第１及び第２分離室の少なくとも一つはヘッダーを構成
    する、請求項７〜１４のいずれか一つに記載の電解槽。
  16. 【請求項１６】 前記水素室の内部に液体サイクロンを有する、請求項７〜 １５のいずれか一つに記載の電解槽。
JP2001511243A 1999-07-16 2000-05-03 電解槽内での気液分離方法及び装置 Pending JP2003505591A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/354,340 1999-07-16
US09/354,340 US6338786B1 (en) 1999-07-16 1999-07-16 Gas-liquid separation method and apparatus in electrolytic cells
PCT/CA2000/000499 WO2001006038A1 (en) 1999-07-16 2000-05-03 Gas-liquid separation method and apparatus in electrolytic cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003505591A true JP2003505591A (ja) 2003-02-12

Family

ID=23392873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001511243A Pending JP2003505591A (ja) 1999-07-16 2000-05-03 電解槽内での気液分離方法及び装置

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6338786B1 (ja)
EP (1) EP1203112A1 (ja)
JP (1) JP2003505591A (ja)
CN (1) CN1361833A (ja)
AU (1) AU4282800A (ja)
BR (1) BR0012491A (ja)
CA (1) CA2378090A1 (ja)
HK (1) HK1048143A1 (ja)
MX (1) MXPA02000530A (ja)
NZ (1) NZ516538A (ja)
WO (1) WO2001006038A1 (ja)
ZA (1) ZA200200214B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013522458A (ja) * 2010-03-12 2013-06-13 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 効率を改善した電気化学的プロセスおよびそれに関連する高温電解槽（ｈｔｅ）などの電気化学リアクタ
KR101413757B1 (ko) 2011-12-30 2014-07-01 강송식 전기분해정수기의 이중전해조
KR101471173B1 (ko) * 2013-12-30 2014-12-11 (주)한우물 전기분해정수기의 이중전해조

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6723220B2 (en) * 2001-04-24 2004-04-20 Proton Energy Systems, Inc. Protonic rate level sensing device for an electrolysis cell
GB2407372B (en) 2002-04-11 2007-02-14 Richard A Haase Water combustion technology-methods,processes,systems and apparatus for the combustion of hydrogen and oxygen
US6814841B2 (en) 2002-04-24 2004-11-09 Proton Energy Systems, Inc. Gas liquid phase separator with improved pressure control
DE50209163D1 (de) * 2002-07-01 2007-02-15 Sfc Smart Fuel Cell Ag Fluidtrennvorrichtung
EP1528126A1 (en) * 2003-10-30 2005-05-04 Vandenborre Hydrogen Systems N.V. An integrated electrolyser module with an internal gas/liquid separator
WO2006060912A1 (en) * 2004-12-07 2006-06-15 Stuart Energy Systems Corporation Electrolyser and components therefor
CN100341607C (zh) * 2005-05-24 2007-10-10 河北工业大学 从气体中分离微液滴的气液分离装置及其分离方式
US8268269B2 (en) * 2006-01-24 2012-09-18 Clearvalue Technologies, Inc. Manufacture of water chemistries
CN102084517A (zh) * 2008-05-15 2011-06-01 江森自控帅福得先进能源动力系统有限责任公司 电池系统
CA3101570C (en) 2012-05-28 2023-06-20 Hydrogenics Corporation Electrolyser and energy system
CA2975377A1 (en) 2014-01-31 2015-08-06 Luis Alfonso DELGADO RODRIGUEZ Electrochemical reactor for producing oxyhydrogen gas
CN107059040A (zh) * 2017-04-24 2017-08-18 深圳氢爱天下健康科技控股有限公司 一种制氢制氧装置
CN108486597A (zh) * 2018-02-11 2018-09-04 深圳市量子氢生物技术有限公司 一种具有散热功能的氢气吸入装置
DE102018208624A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-05 Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen von wenigstens einem Produktstrom durch Elektrolyse sowie Verwendung
US11118273B1 (en) * 2019-08-30 2021-09-14 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Brine electrolysis system for producing pressurized chlorine and hydrogen gases
CN113102849B (zh) * 2021-04-20 2023-07-21 合肥工业大学 一种电解加工中氢气的分离收集装置
EP4345193A1 (de) * 2022-09-29 2024-04-03 Linde GmbH Verfahren und anlage zur herstellung eines oder mehrerer elektrolyseprodukte

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3652431A (en) * 1970-03-12 1972-03-28 Julian Louis Reynolds Method of operating an electrolysis cell for the production of gases under hydrostatic pressure
US4032424A (en) * 1975-12-22 1977-06-28 Diamond Shamrock Corporation Electrical current breaker for fluid stream
CA1157808A (en) 1980-07-09 1983-11-29 James M. Ford Apparatus and process for disengaging gas from gas- entrained electrolyte
US4505789A (en) 1981-12-28 1985-03-19 Olin Corporation Dynamic gas disengaging apparatus and method for gas separation from electrolyte fluid
US4698144A (en) * 1986-05-15 1987-10-06 The Dow Chemical Company Apparatus for balancing electrolytic cell gas with circulating electrolyte
JPH0293088A (ja) * 1988-09-29 1990-04-03 Permelec Electrode Ltd 水電解方法及び装置
NL8902713A (nl) 1989-11-03 1991-06-03 Zilvold Hydrotechniek B V En G Inrichting voor het uitvoeren van een electrolyse en daarbij te gebruiken bipolaire electrode.
JP2905705B2 (ja) * 1994-10-25 1999-06-14 神鋼パンテツク株式会社 原子炉水の酸素濃度制御装置
DE19614018A1 (de) * 1996-04-09 1997-10-16 Degussa Verfahren und Elektrolysezelle zur Reinigung von Gasen
US6080290A (en) * 1997-01-03 2000-06-27 Stuart Energy Systems Corporation Mono-polar electrochemical system with a double electrode plate

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013522458A (ja) * 2010-03-12 2013-06-13 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 効率を改善した電気化学的プロセスおよびそれに関連する高温電解槽（ｈｔｅ）などの電気化学リアクタ
KR101413757B1 (ko) 2011-12-30 2014-07-01 강송식 전기분해정수기의 이중전해조
KR101471173B1 (ko) * 2013-12-30 2014-12-11 (주)한우물 전기분해정수기의 이중전해조

Also Published As

Publication number Publication date
ZA200200214B (en) 2002-12-24
US6338786B1 (en) 2002-01-15
WO2001006038A1 (en) 2001-01-25
MXPA02000530A (es) 2003-06-30
HK1048143A1 (zh) 2003-03-21
CN1361833A (zh) 2002-07-31
AU4282800A (en) 2001-02-05
NZ516538A (en) 2002-11-26
CA2378090A1 (en) 2001-01-25
EP1203112A1 (en) 2002-05-08
BR0012491A (pt) 2002-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003505591A (ja) 電解槽内での気液分離方法及び装置
EP0368812B1 (en) Method and apparatus for electrolyzing water
EP1229148B1 (en) Unit cell for use in an aqueous alkali metal chloride solution electrolytic cell
US5378324A (en) Process and an electrolytic cell for the production of fluorine
US4375400A (en) Electrolyte circulation in an electrolytic cell
JP2003508629A (ja) 電解槽内での圧力差の制御
TWM466926U (zh) 電解單元及電解槽
US4505789A (en) Dynamic gas disengaging apparatus and method for gas separation from electrolyte fluid
US4488948A (en) Channel flow cathode assembly and electrolyzer
GB2358195A (en) Electrolytic synthesis of tetramethylammonium hydroxide
US4059495A (en) Method of electrolyte feeding and recirculation in an electrolysis cell
JP2002528648A (ja) 能動的なガス／液分離を備えた膜電解セル
US5139635A (en) Electrolyser for the production of a gas
EP0043945B1 (en) Electrolytic cell and process for the electrolysis of brines
EP0538474B1 (en) Electrolytic vessel for producing hypochlorite
US4087344A (en) Electrolytic cell
JPH10158875A (ja) 複極式フィルタープレス型電解槽
CN220485851U (zh) 电解装置
JP2000239873A (ja) 電解装置及びこれに用いる電解セル
CN215328395U (zh) 一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置
JPS6239090Y2 (ja)
JPS599632B2 (ja) 電解槽
JPS59197578A (ja) 電解方法及びそれに用いる電解装置
JPS6145160Y2 (ja)
JPS59193292A (ja) 水平型電解槽及びそれを用いる電解方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040727

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050105