JP2005505698A - 圧力電解槽、およびそのような圧力電解槽を作動するための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、圧力容器２、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セル４から成る、この圧力容器２内において配設された電解セルブロック３を有する圧力電解槽に関する。これら電解セル４は、それぞれに、陽極１１、および陰極１２を備えており、且つ、陽極１１へと陽極液を供給するため、および陰極１２へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられており、およびその際、この電解セルブロック３が、この圧力容器２の内側に対して封隙されたケーシング５を備えている。本発明により、電解セルブロック３のケーシング５が、圧力容器２との協働で、少なくとも２つの相互に分離された空間７，８を形成しており、これら空間が、アルカリ液循環システムの構成要素であり、且つ、これら空間が、このケーシング５によって電解セル４に対して、およびこの圧力容器２によって周囲環境に対して区画されている。有利な実施形態において、相互に分離された空間の内の一方の空間７は、陽極液循環の構成要素であり、且つ、相互に分離された空間の内の他方の空間８が、陰極液循環の構成要素である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による圧力電解槽、並びにそのような圧力電解槽を作動するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水から水素および酸素に電気分解的に分解するために、圧力電解槽が公知であり、このこれら圧力電解槽は、圧力容器、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セルから成る、この圧力容器内において配設された電解セルブロックを備えている。これら電解セルは、それぞれに、陽極、および陰極を備えており、且つ、陽極へと陽極液を供給するため、および陰極へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられており、および、この電解セルブロックが、この圧力容器の内側に対して封隙されたケーシングを備えている。
【０００３】
このような圧力電解槽は、ドイツ連邦共和国特許第２５ ４８ ６９９号明細書（特許文献１）から公知である。この公知の圧力電解槽の場合、電解セルブロックに加えて、同様に、洗浄するための装置、冷却装置、および電解液の循環装置も、圧力容器内において配設されている。
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許第２５ ４８ ６９９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の課題は、改良された圧力電解槽を提供することである。更に本発明の課題は、このような圧力電解槽の作動のための改良された方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
装置に関して、この提示された課題は、請求項１において記載された圧力電解槽によって解決される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による圧力電解槽の有利な更なる構成は、従属請求項において記載されている。
【０００７】
方法に関して、この提示された課題は、請求項４１において記載された方法によって解決される。本発明による方法の有利な更なる構成は、従属請求項において記載されている。
【０００８】
本発明により、圧力容器、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セルから成る、この圧力容器内において配設された電解セルブロックを有する圧力電解槽が提供される。これら電解セルは、それぞれに、陽極、および陰極を備えており、且つ、陽極へと陽極液を供給するため、および陰極へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられている。この電解セルブロックは、この圧力容器の内側に対して封隙されたケーシングを備えている。本発明により、電解セルブロックのケーシングが、圧力容器との協働で、少なくとも２つの相互に分離された空間を形成しており、これら空間が、アルカリ液循環システムの構成要素であり、且つ、これら空間が、このケーシングによって電解セルに対して、およびこの圧力容器によって周囲環境に対して区画されている。本発明による圧力電解槽の利点は、アルカリ液循環システムの簡単な構造にある。他の利点は、本発明による圧力電解槽が必要である僅かな所要スペースである。
【０００９】
本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、相互に分離された空間の内の一方の空間は、陽極液循環の構成要素であり、および、相互に分離された空間の内の他方の空間が、陰極液循環の構成要素である。この実施形態の利点は、陽極液循環および陰極液循環の分離によって、より良好なガス純度、および従って、より大きな負荷制御範囲が達成可能であることである。
【００１０】
本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、相互に分離された空間は、ケーシングと圧力容器との間に延在する分離壁によって相互に分離されている。
【００１１】
有利な実施形態により、圧力容器は、筒体の形状を有しており、且つ、電解セルブロックが、この電解セルブロックの長手方向軸線でもって筒体の軸線に対して平行に、この圧力容器内において配置されている。
【００１２】
本発明による圧力電解槽の更に有利な実施形態により、分離壁は、この筒体の軸線に対して平行に、この電解セルブロックのケーシングと圧力容器との間で、延在している。
【００１３】
本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、電解セルブロックのケーシング５は、電解セルの多数の相前後して積層されたセルフレームによって形成されている。
【００１４】
有利な更なる実施形態により、このことから、その都度、それぞれの陽極が、固有の陽極セルフレームを、および、その都度、それぞれの陰極が、固有の陰極セルフレームを有しており、且つ、陽極セルフレームが、陽極液循環の構成要素である空間との陽極の結合部を形成する通過部を有しており、且つ、陰極セルフレームが、陰極液循環の構成要素である空間との陰極の結合部を形成する通過部を有している。
【００１５】
他の有利な実施形態により、電解セルブロックは、ケーシングの長手方向でもって、基本的に水平方向に配設されており、この電解セルブロックのケーシング、および圧力容器によって区画された空間が、垂直方向に、この電解セルブロックの長手方向において、両方の相互に分離された空間に分割されている。
【００１６】
両方の上記実施形態の特に有利な更なる構成により、陽極との結合部を形成する通過部は、それぞれに、陽極セルフレームの上側および下側において、陽極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された空間の一方の空間と結合状態にあり、且つ、陰極との結合部を形成する通過部が、それぞれに、陰極セルフレームの上側および下側において、陰極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された空間の他方の空間と結合状態にある。このことから、アルカリ液循環が、自動的に、電解セル内において上昇するガスのガス湧出効果によって、および、これらガス抜きされたアルカリ液柱体に比してセル内におけるアルカリ液ガス混合物のより僅かな密度によって、これらセルの外側で、付加的なアルカリ液循環ポンプ無しに行われることは利点である。両方の相互に分離された空間内において、これら空間の上側に、生成ガス、酸素、もしくは水素が集積する。
【００１７】
本発明による圧力電解槽の他の有利な実施形態により、圧力容器の内側に、アルカリ液循環システムの基本的な構成要素、特に、ガス分離装置及び／またはアルカリ液冷却装置が設けられている。このことから、利点は、特に場所を取らない、コンパクトな圧力電解槽の構造にある。
【００１８】
更に有利な実施形態により、分離壁の内の１つの分離壁は、電解セルブロックの下方に配設されており、且つ、同時に、この電解セルブロックの機械的な受け面を形成している。
【００１９】
本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、陽極、および陰極は、これら電極の周囲に沿って延在する封隙部材によって囲繞されており、この封隙部材が、この陽極、もしくは陰極の領域において、電解セルの側方の閉鎖部を形成しており、且つ、セルフレームの間に、封隙状態で挿入されている。
【００２０】
このことから、特に有利な実施形態により、電解セルの陽極、および陰極は、それぞれに分離された状態で、封隙部材内において囲繞されている。
【００２１】
有利には、陽極、および陰極の封隙部材は、共に、２つの連続的なセルフレームの間に、封隙状態で挿入されている。
【００２２】
有利には、封隙部材は、同様にこの陽極と陰極との間に配設された隔壁における電解セルの側方の閉鎖部をも形成する。
【００２３】
有利には、陽極の封隙部材と、陰極の封隙部材との間に、隔壁が、封隙状態で挿入されている。
【００２４】
有利には、封隙部材は、陽極、及び／または陰極の周囲において、フレーム形状で延在した状態で配設されている。
【００２５】
有利な実施形態により、封隙部材は、陽極、及び／または陰極の縁部の周囲を、これら陽極もしくは陰極の前面側から背面側へと巡らされた状態で形成されている。
【００２６】
このことから、特に有利な実施形態により、封隙部材は、一つまたは多数の陽極もしくは陰極の周囲に沿って指向する封隙リップを備えており、これら封隙リップが、陽極セルフレーム、もしくは、陰極セルフレームの封隙面に当接している。
【００２７】
この場合、有利には、これら封隙リップは、方向において、陽極もしくは陰極の面に対して垂直方向に突出しており、且つ、陽極セルフレーム、もしくは陰極セルフレームの封隙面が、この陽極、もしくは陰極の面に対して平行に指向した状態で形成されている。
【００２８】
封隙部材は、有利には、伸縮性合成樹脂の材料から形成されている。
【００２９】
その際、封隙部材が、陽極、もしくは陰極の縁部の押出し被覆成形によって、伸縮性合成樹脂の材料でもって形成されている場合、特に有利である。
【００３０】
本発明による圧力電解槽の有利な更なる実施形態により、２つの隣接する電解セルは、双極薄板によって、相互に分離されており、この双極薄板が、この双極薄板の周囲に沿って延在する封隙部材によって囲繞されており、この封隙部材が、この双極薄板の領域において、電解セルの側方の閉鎖部を形成し、且つ、隣接する電解セルのセルフレームの間に、封隙状態で挿入されている。
【００３１】
有利には、封隙部材は、双極薄板の周囲において、フレーム形状に延在して配設されている。
【００３２】
１つの実施形態により、封隙部材は、双極薄板の一方の側面に沿って配設されている。
【００３３】
他の実施形態により、封隙部材は、双極薄板の縁部の周囲を、この双極薄板の前面側から背面側へと巡らされた状態で形成されている。
【００３４】
封隙部材は、一つまたは多数の、双極薄板の周囲に沿って指向する封隙リップを備えており、これら封隙リップが陽極セルフレーム、もしくは、陰極セルフレームの封隙面、またはこの双極薄板自体に、封隙状態で当接している。
【００３５】
このことから、有利な実施形態により、封隙リップは、方向において、この双極薄板の面に対して垂直方向に突出しており、且つ、この陽極セルフレーム、もしくは、陰極セルフレームの封隙面が、この双極薄板の面に対して平行に指向した状態で形成されている。
【００３６】
有利には、封隙部材は、伸縮性合成樹脂の材料から形成されている。
【００３７】
封隙部材は、双極薄板の縁部の押出し被覆成形によって、伸縮性合成樹脂の材料でもって形成されている。
【００３８】
圧力容器内における別個の空間は、有利な実施形態により、陰極液と陰極液との間の水準均衡を可能にするために、測地学的に（geodaetisch）低い位置において、互いに結合されている。この結合は、圧力容器の外側に延在する結合導管を介して行われる。選択的に、これら空間は、圧力容器の内側で、開口部、または分離部内における薄膜を介して結合されていても良い。
【００３９】
電気的な絶縁のために、１つの実施形態による圧力容器は、非導電性の材料から成っている。選択的に、電解セルブロックのケーシングおよび圧力容器の内側によって囲繞された、空間は、それぞれに、電気的に絶縁状態である材料から成る外皮によってチャンバー化（gekammert）されている。電解セルブロックのケーシング、及び／または圧力容器は、同様に電気的に絶縁状態である被膜、または上張りを備えられていても良い。
【００４０】
ガス分離は、圧力容器の内側で、測地学的に電解セルブロックの上方に配置された領域内において行われる。その際、これらガス分離領域内において、編組体の様式のガス合体補助体（Gaskoaleszierhilfe）、及び／または超音波発信器、及び／または流動方向転換体を配設することは有利である。
【００４１】
本発明による圧力電解槽の更なる実施形態により、
水貯蔵容器が設けられており、この水貯蔵容器は、供給水充填弁を備えている供給水充填導管を介して供給水源と、および、供給水流入弁を備えている供給水流入導管を介して、分離された複数の空間の内の１つの空間の下側の領域と結合されており、且つ、加圧弁を備えている加圧導管を介して、これら分離された空間の内の１つの空間の上側の領域と結合されており、且つ、
更に、この水貯蔵容器が、換気弁を備えている換気導管を介して周囲環境に対して換気可能であり、その際、
これら分離された空間の内の１つの空間の上側の領域が、この圧力電解槽の作動の際に、複数の生成ガスの内の１つの生成ガスでもって充填されている。
【００４２】
このことから、有利な実施形態により、その空間と水貯蔵容器が、供給水流入導管、および加圧導管を介して結合されている、分離された空間の内の一方の空間は、電解液循環の構成要素を形成する他方の分離された空間である。
【００４３】
方法に関して、提示された課題は、以下の方法の工程を有する、両方の上述のうち最後に述べた実施形態の圧力電解槽を充填するための方法によって解決される：
ａ） 開放された換気弁、および閉鎖された加圧弁、および閉鎖された供給水流入弁の条件のもとで、供給水充填導管を介して、開放された供給水充填弁でもっての、水貯蔵容器の無圧力状態の充填、
ｂ） 換気弁、および供給水充填弁の閉鎖、
ｃ） 水貯蔵容器を、加圧導管を介して、圧力容器内に存在している圧力にするための、加圧弁の開放、
ｄ） 供給水を、水貯蔵容器から圧力容器内へと配量するための、供給水流入弁の開放、
ｅ） 供給水流入弁の閉鎖。
【００４４】
有利には、水貯蔵容器から圧力容器内への供給水の配量添加は、重力作用のもとで行われ、その際、この水貯蔵容器が、空間的に、圧力容器の上方に配設されている。
【００４５】
選択的に、この目的で、水貯蔵容器から圧力容器内への供給水の配量添加は、しかし同様に、供給水流入導管内に備えられている、有利にはその場合に僅かな出力を有する供給水ポンプを用いて行われても良い。
【００４６】
次に、図を参照して、本発明の有利な実施例を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１において、全体に、参照符号１でもって示された圧力電解槽は、圧力容器２を備えており、この圧力容器内において、積層体の様式でまとめられた多数の電解セル４から成る、電解セルブロック３が配設されている。
【００４８】
その中で、２つの電解セル４がこれら電解セルの基本的な構成要素でもって図示されている図３が、詳細に示しているように、１つの電解セル４は、１つの陽極１１、および１つの陰極１２を備えており、これら電解セルが、これら電解セルの間に配設された隔壁１３によって、相互に分離されている。２つの隣接する電解セル４の間に、１つの双極薄板１４が設けられており、この双極薄板によって、一方の電解セル４の陽極側のセル空間が、隣接する電解セル４の陰極側のセル空間から分離されており、その際、同時に、しかも互いに電気的に接触状態が保持されている。電解セルブロック３の更に別の実施形態に関しては、例えばドイツ連邦共和国特許第１９７ ８１ ４４２号明細書（特許文献２）に示されている。特に、この明細書から、どのようにしてセルブロック内へと電流供給が行われ得るのか、どのような電位に、終端板、および圧力容器があるのか、および、どのようにして電気的な絶縁が行われるのかが明らかである。
【特許文献２】
ドイツ連邦共和国特許第１９７ ８１ ４４２号明細書
【００４９】
他方また、図１に関連して、電解セルブロック３の単に示されたケーシング５と、圧力容器２との間に、２つの空間７、８が形成されており、これら空間が、分離壁９、１０によって、相互に分離されており、これら分離壁が、このケーシング５と圧力容器２との間に延在していることが見て取れる。これら両方の相互に分離された空間７、８は、圧力電解槽のアルカリ液循環システムの構成要素であり、その際、相互に分離された空間の内の一方の空間７が、陽極液循環の構成要素であり、および、相互に分離された空間の内の他方の空間８が、陰極液循環の構成要素である。それぞれの矢印によって図１内において概略的に示されているように、この圧力電解槽内において進行する電気分解のプロセスの反応生成物として、陽極液循環から分離された空間７内において酸素が、および、陰極液循環から分離された空間８内において水素が収集、且つ抽出され、および、その都度、相応する量の清水によって補填される。
【００５０】
図１において更に概略的に示されているように、圧力容器２の内側の分離された空間７、８内において、更に、例えばアルカリ液冷却装置１９、２０の様式におけるアルカリ液循環システムの基本的な構成要素が配置されている。この圧力容器２は、筒体の形状を有しており、この圧力容器内において、電解セルブロック３が、この電解セルブロックの長手方向軸線でもって筒体軸線に対して平行に配置されている。分離壁９、１０は、この筒体の軸線に対して平行に、この電解セルブロック３のケーシング５と圧力容器２との間で、延在している。
【００５１】
図４において拡大されて図示された、図３との関連状態における図１の詳細Ｚから見て取れるように、電解セルブロック３のケーシング５は、電解セル４の多数の相前後して積層されたセルフレーム１５、１６によって形成されている。その際、その都度、それぞれの陽極１１に隣接して固有の陽極セルフレーム１５が、および、その都度、それぞれの陰極１２に隣接して固有の陰極セルフレーム１６が配置されている。
【００５２】
それら図内において、図１に示された圧力電解槽１が、それぞれに、垂直方向の断面図において図示されている、図２ａ、および２ｂが示しているように、陽極セルフレーム１５内において、陽極液循環の構成要素である空間７との陽極側の結合部を形成する通過部１７ａ、ｂが配置されており −図２ａを参照− 、および、陰極セルフレーム１６が、陰極液循環の構成要素である空間８との陰極側の結合部を形成する通過部１８ａ、ｂを有している。
【００５３】
図２ａ、および２ｂから更に見て取れるように、ケーシングの長手方向でもって水平方向に配設された電解セルブロック３のケーシング５、および圧力容器２によって区画された空間は、垂直方向に、および、この電解セルブロック３の長手方向において、両方の相互に分離された空間７、８に分割されている。陽極液循環との陽極１１の結合部を形成する通過部１７ａ、ｂは、それぞれに、陽極セルフレーム１５の上側もしくは下側において、陽極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された空間７の一方の空間と結合状態にあり、且つ、陰極液循環との陰極側の結合部を形成する通過部１８ａ、ｂが、それぞれに、陰極セルフレーム１６の上側もしくは下側において、陰極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された空間８の他方の空間と結合状態にある。この電解セルブロック３上方の圧力容器２内における、分離壁９によって中央で分離されている空間は、この分離壁９の左側、即ち空間７で酸素分離部の役目を果たし、且つ、この分離壁９の右側、即ち空間８で水素分離部の役目を果たす。この電解セルブロック３の上方のガス分離領域内において、疎水性の編組体の様式のガス合体補助体、超音波発信器、流動方向転換体、およびじゃま板が配置されている。両方の側面での、即ち空間７を通る陽極液循環および空間８を通る陰極液循環における、アルカリ液循環は、その都度自動的に、ガス湧出効果によって、電解セル４内において上昇するガスに基づいて、および、これらガス抜きされたアルカリ液柱体に比してセル内におけるより僅かなアルカリ液ガス混合物の密度に基づいて、外側で、分離された空間７、８内において行われる。必要のある場合には、しかしながら図示されていないアルカリ液循環ポンプが配設され得る。分離壁の内の１つの分離壁１０は、電解セルブロック３の下方に配設されており、且つ、同時に、この電解セルブロックの機械的な受け面を形成している。圧力容器２は、その際、この電解セルブロック３のための担持フレームとして使用される。
【００５４】
図５ａから５ｃまでが、異なる尺度の図示において示しているように、それぞれに陽極電極１１ａによって接触される陽極１１、および、それぞれに陰極電極１２ａによって接触される陰極１２は、それぞれに、これら電極の周囲に沿って延在する封隙部材２１、２２によって囲繞されており、この封隙部材が、この陽極１１、もしくは陰極１２の領域において、電解セル４の側方の閉鎖部を形成している。これら封隙部材２１、２２は、１つの電解セル４のセルフレーム１５、１６の間に、即ち、陽極セルフレーム１５と陰極セルフレーム１６との間に、封隙状態で挿入されている。
【００５５】
１つの電解セル４の陽極１１、および陰極１２は、それぞれに、１つの固有の分離された封隙部材２１、もしくは２２を装備しており、且つ、これら封隙部材２１、２２が、共に、１つのセル４の上記のセルフレーム１５、１６の間に、封隙状態で挿入されており、その際、これら封隙部材２１、２２の間に、１つの電解セル４の陽極１１および陰極１２を相互に分離する隔壁１３が、封隙状態で挿入されている。このことによって、これら封隙部材２１、２２は、同様にこの隔壁１３における電解セル４の側方の閉鎖部をも形成する。これら封隙部材２１、２２は、フレームの様式で、この陽極１１、もしくは陰極１２の周囲において、延在した状態で配置されている。
【００５６】
図５ｃにおいて拡大された図が示しているように、封隙部材２１、２２は、陽極１１、もしくは陰極１２の縁部の周囲を、これら陽極もしくは陰極の前面側から背面側へと巡らされた状態で形成されている。
【００５７】
図５ｂ、および５ｃが示しているように、封隙部材２１、２２は、多数の陽極１１もしくは陰極１２の周囲に沿って、もしくは平行に指向する封隙リップ４１、４２を備えており、これら封隙リップ４１、４２が、方向において、陽極１１もしくは陰極１２の面に対して垂直方向に突出しており、且つ、陽極セルフレーム１５の封隙面４５、もしくは、陰極セルフレーム１６の封隙面４６に当接しており、その際、これら封隙面４５、４６が、陽極１１、もしくは陰極１２の面に対して平行に指向した状態で形成されている。
【００５８】
封隙部材２１、２２は、伸縮性合成樹脂の材料から形成されており、且つ、陽極１１、もしくは陰極１２の縁部の押出し被覆成形によって形成されている。
【００５９】
図５ａから５ｃまでが更に示しているように、同様に２つの隣接する電解セル４を相互に分離する双極薄板１４も、２つの隣接する電解セル４のセルフレーム１５、１６の間で、即ち、一方の電解セル４の陽極セルフレーム１５と、隣接する電解セル４の陰極セルフレーム１６との間で、封隙状態で挿入されている。
【００６０】
双極薄板１４は、フレーム形状にこの双極薄板の周囲に沿って延在する封隙部材２４によって囲繞されたおり、この封隙部材が、この双極薄板１４の領域において、電解セル４の側方の閉鎖部を形成し、且つ、封隙状態で、隣接する電解セル４のセルフレーム１５、１６の間に挿入されている。
【００６１】
図５ｃにおいて拡大された図が示しているように、封隙部材２４は、双極薄板１４の一方の側面に沿って配設されており、且つ、多数の、この双極薄板１４の周囲に沿って、もしくは平行に指向する封隙リップ４４を備えており、これら封隙リップがこの双極薄板１４自体に、封隙状態で当接している。これら封隙リップ４４は、方向において、この双極薄板１４の面に対して垂直方向に突出している。それらの間に、この双極薄板１４がこの双極薄板の封隙部材２４との協働で封隙状態で挿入されている、セルフレーム１５、１６は、それぞれに、封隙面４７、４８を装備しており、これら封隙面が、この双極薄板１４の面に対して平行に指向した状態で形成されており、且つ、これら封隙面に、この封隙部材２４、もしくは双極薄板１４が、封隙状態で当接している。この封隙部材２４は、伸縮性合成樹脂の材料から形成されている。
【００６２】
ここで、図６に移って、供給水でもって、圧力電解槽１を充填するための、有利な装置、および、相応する方法を説明する。水貯蔵容器３１が設けられており、この水貯蔵容器は、供給水充填弁３３を備えている供給水充填導管３２を介して供給水源と、および、供給水流入弁３５を備えている供給水流入導管３４を介して分離された空間８の下側の領域と結合されており、且つ、更に、加圧弁３７を備えている加圧導管３６を介して分離された空間８の上側の領域と結合されている。更に、この水貯蔵容器３１は、換気弁３９を備えている換気導管３８を介して周囲環境に対して換気可能である。この加圧導管３６が結合されている、この分離された空間８の上側の領域は、この圧力電解槽１の作動の際に、生成ガスとしての圧力のもとにある水素でもって充填されている。
この圧力電解槽１を充填するための方法は、以下の方法の工程から成っている：
ａ） 先ず始めに、開放された換気弁３９、および閉鎖された加圧弁３７、および閉鎖された供給水流入弁３５の条件のもとで、供給水充填導管３２を介して、開放された供給水充填弁３３でもって、水貯蔵容器３１の無圧力状態の充填が行われる。
ｂ） 次いで、換気弁３９、および供給水充填弁３３が閉鎖される。
ｃ） 次に、水貯蔵容器３１を、加圧導管３６を介して、圧力容器２内に存在している圧力にするために、加圧弁３７の開放が行われる。
ｄ） 引き続いて、供給水を、水貯蔵容器３１から圧力容器２内へと配量するために、供給水流入弁３５が開放される。
ｅ） 供給水流入弁３５の閉鎖と共に、充填工程は、その場合に、完了されている。
【００６３】
水貯蔵容器３１から圧力容器２内への供給水の配量添加は、重力作用のもとで行われ、その際、この水貯蔵容器３１が、空間的に、圧力容器２の上方に配設されている。選択的に、この水貯蔵容器３１から圧力容器２内への供給水の配量添加は、しかし同様に、供給水流入導管３４内に備えられている供給水ポンプを用いて行われても良い。
【００６４】
作動状態において、異なるアルカリ液濃度が、陽極液側、および陰極液側で生起し、このことは、陰極側で上昇するアルカリ液状態と共に、浸透性の圧力形成を生じさせる。この濃度相違は、水酸基イオンの過剰によって陰極側で引き起こされており、この濃度相違に基づいて、水が陽極側から陰極側へと流動する。陰極液側と陽極液側との間の濃度均衡は、確かに基本的に、セル隔壁を介して可能である。これらセル隔壁の制限された多孔性に基づいて、完全な均衡は、しかしながら、一般的に、備わっていない。従って、この濃度均衡を、陰極液内への供給水の付加的な挿入によって生じさせることは可能である。この均衡は、電解セルブロックの脚部における分離壁９、１０内の穿孔、または薄膜を介して、または、圧力容器２の外側に位置している、陰極液室と陰極液室とを結合している結合導管を介して行われる。貫通流動を制御するために、制御可能な弁が、この結合導管内において設けられていても良い。この結合導管は、ガスを含んだ供給水が相互に交換されることを防止するために、有利には、測地学的に低く配置された位置に設けられるべきである。
【００６５】
電解槽の通電中の状態の部材の、不十分な絶縁の場合、不都合な短絡が生じる可能性があり、このことは、しかし回避されるべきである。電気的な絶縁のために、圧力容器２の内側は、非導電性の内張り、例えば被膜を備えられており、または、この圧力容器２自体が、非導電性の材料から形成されている。陽極セルフレームおよび陰極セルフレームが、この圧力容器２の内側に対して、電気的に絶縁されていることも可能である。この絶縁部は、その際、同時に、これらセルフレームをアルカリ液の作用から保護する材料から成っている。この絶縁部は、更に続いて、絶縁状態の外皮から成り、これら外皮が、陽極液、および陰極液のためのチャンバーを形成し、且つ、それに応じて、電解セルブロックの外側面、および圧力容器２の内側面によって囲繞された室を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例による圧力電解槽の、図式化され、断面された平面図である。
【図２ａ】陽極液循環を図示するための、図１に示された圧力電解槽の断面された、側方からの眺望の図である。
【図２ｂ】図２ａに相応する、陰極液循環を図示するための断面図である。
【図３】電解セルの最も重要な構成要素を説明するための、電解セルブロックの一部分の、断面された平面図である。
【図４】陽極液循環および陰極液循環内における流動案内を説明するための、符号Ｚでもって参照符号を付けられた詳細部の拡大された図である。
【図５ａ】電解セルブロックのケーシングにおける、電解セルの封隙を説明するための、異なる尺度比率における詳細図である。
【図５ｂ】電解セルブロックのケーシングにおける、電解セルの封隙を説明するための、異なる尺度比率における詳細図である。
【図５ｃ】電解セルブロックのケーシングにおける、電解セルの封隙を説明するための、異なる尺度比率における詳細図である。
【図６】供給水でもって圧力電解槽を充填するための付加的な構成要素を備えている、図式化されたブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 圧力電解槽
２ 圧力容器
３ 電解セルブロック
４ 電解セル
５ ケーシング
７ 陽極液循環のための空間
８ 陰極液循環のための空間
９ 分離壁
１０ 分離壁
１１ 陽極
１１ａ 陽極電極
１２ 陰極
１２ａ 陰極電極
１３ 隔壁
１４ 双極薄板
１５ 陽極セルフレーム
１６ 陰極セルフレーム
１７ａ、ｂ 通過部
１８ａ、ｂ 通過部
１９ アルカリ液冷却装置
２０ アルカリ液冷却装置
２１ 封隙部材
２２ 封隙部材
２４ 封隙部材
３０ 供給水充填システム
３１ 水貯蔵容器
３２ 供給水充填導管
３３ 供給水充填弁
３４ 供給水流入導管
３５ 供給水流入弁
３６ 加圧導管
３７ 加圧弁
３８ 換気導管
３９ 換気弁
４１ 封隙リップ
４２ 封隙リップ
４４ 封隙リップ
４５ 封隙面
４６ 封隙面
４７ 封隙面
４８ 封隙面

Claims (43)

1. 圧力電解槽であって、この圧力電解槽が、
   圧力容器（２）、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セル（４）から成る、この圧力容器（２）内において配設された電解セルブロック（３）を有しており、その際、
   これら電解セル（４）が、それぞれに、陽極（１１）、および陰極（１２）を備えており、且つ、陽極（１１）へと陽極液を供給するため、および陰極（１２）へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられており、およびその際、
   この電解セルブロック（３）が、この圧力容器（２）の内側に対して封隙されたケーシング（５）を備えている様式の上記圧力電解槽において、
   電解セルブロック（３）のケーシング（５）が、圧力容器（２）との協働で、少なくとも２つの相互に分離された空間（７，８）を形成しており、
   これら空間が、アルカリ液循環システムの構成要素であり、
   且つ、これら空間が、このケーシング（５）によって電解セル（４）に対して、およびこの圧力容器（２）によって周囲環境に対して区画されている、
   ことを特徴とする圧力電解槽。
2. 相互に分離された空間の内の一方の空間（７）は、陽極液循環の構成要素であること、および、相互に分離された空間の内の他方の空間（８）が、陰極液循環の構成要素であることを特徴とする請求項１に記載の圧力電解槽。
3. 相互に分離された空間（７、８）は、ケーシング（５）と圧力容器（２）との間に延在する分離壁（９、１０）によって相互に分離されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力電解槽。
4. 圧力容器（２）は、筒体の形状を有していること、および、電解セルブロック（３）が、この電解セルブロックの長手方向軸線でもって筒体の軸線に対して平行に、この圧力容器（２）内において配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
5. 分離壁（９、１０）は、この筒体の軸線に対して平行に、この電解セルブロック（３）のケーシング（５）と圧力容器（２）との間で、延在していることを特徴とする請求項４に記載の圧力電解槽。
6. 電解セルブロック（３）のケーシング（５）は、電解セル（４）の多数の相前後して積層されたセルフレーム（１５、１６）によって形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
7. その都度、それぞれの陽極（１１）は、固有の陽極セルフレーム（１５）を、および、その都度、それぞれの陰極（１２）が、固有の陰極セルフレーム（１６）を有していること、および、
   陽極セルフレーム（１５）が、陽極液循環の構成要素である空間（７）との陽極（１１）の結合部を形成する通過部（１７ａ、ｂ）を有しており、且つ、陰極セルフレーム（１６）が、陰極液循環の構成要素である空間（８）との陰極（１２）の結合部を形成する通過部（１８ａ、ｂ）を有していること、
   を特徴とする請求項６に記載の圧力電解槽。
8. 電解セルブロック（３）は、ケーシングの長手方向でもって、基本的に水平方向に配設されていること、および、
   この電解セルブロック（３）のケーシング（５）、および圧力容器（２）によって区画された空間が、垂直方向に、この電解セルブロック（３）の長手方向において、両方の相互に分離された空間（７、８）に分割されていること、
   を特徴とする請求項２から７のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
9. 陽極（１１）との結合部を形成する通過部（１７ａ、ｂ）は、それぞれに、陽極セルフレーム（１５）の上側および下側において、陽極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された空間（７）の一方の空間と結合状態にあること、および、
   陰極（１２）との結合部を形成する通過部（１８ａ、ｂ）が、それぞれに、陰極セルフレーム（１６）の上側および下側において、陰極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された空間（８）の他方の空間と結合状態にあること、
   を特徴とする請求項７または８に記載の圧力電解槽。
10. 圧力容器（２）の内側に、アルカリ液循環システムの基本的な構成要素、特に、ガス分離装置及び／またはアルカリ液冷却装置（１９、２０）が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
11. 分離壁の内の１つの分離壁（１０）は、電解セルブロック（３）の下方に配設されており、且つ、同時に、この電解セルブロックの機械的な受け面を形成していることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
12. 陽極（１１）、および陰極（１２）は、これら電極の周囲に沿って延在する封隙部材（２１、２２）によって囲繞されており、この封隙部材が、この陽極（１１）、もしくは陰極（１２）の領域において、電解セル（４）の側方の閉鎖部を形成しており、且つ、セルフレーム（１５、１６）の間に、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項６から１１のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
13. 電解セル（４）の陽極（１１）、および陰極（１２）は、それぞれに分離された状態で、封隙部材（２１）もしくは（２２）によって囲繞されていることを特徴とする請求項１２に記載の圧力電解槽。
14. 陽極（１１）、および陰極（１２）の封隙部材（２１、２２）は、共に、２つの連続的なセルフレーム（１５、１６）の間に、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項１３に記載の圧力電解槽。
15. 封隙部材（２１、２２）は、同様にこの陽極（１１）と陰極（１２）との間に配設された隔壁（１３）における電解セル（４）の側方の閉鎖部をも形成することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
16. 陽極（１１）の封隙部材（２１）と、陰極（１２）の封隙部材（２２）との間に、隔壁（１３）が、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
17. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）、及び／または陰極（１２）の周囲において、フレーム形状で延在した状態で配設されていることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
18. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）、及び／または陰極（１２）の縁部の周囲を、これら陽極もしくは陰極の前面側から背面側へと巡らされた状態で形成されていることを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
19. 封隙部材（２１、２２）は、一つまたは多数の陽極（１１）もしくは陰極（１２）の周囲に沿って指向する封隙リップ（４１、４２）を備えており、これら封隙リップが、陽極セルフレーム（１５）、もしくは、陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４５、４６）に当接していることを特徴とする請求項１８に記載の圧力電解槽。
20. 封隙リップ（４１、４２）は、方向において、陽極（１１）もしくは陰極（１２）の面に対して垂直方向に突出していること、および、
    陽極セルフレーム（１５）、もしくは陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４５、４６）が、この陽極（１１）、もしくは陰極（１２）の面に対して平行に指向した状態で形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の圧力電解槽。
21. 封隙部材（２１、２２）は、伸縮性合成樹脂の材料から形成されていることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
22. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）、もしくは陰極（１２）の縁部の押出し被覆成形によって、伸縮性合成樹脂の材料でもって形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の圧力電解槽。
23. ２つの隣接する電解セル（４）は、双極薄板（１４）によって、相互に分離されており、この双極薄板が、この双極薄板の周囲に沿って延在する封隙部材（２４）によって囲繞されており、この封隙部材が、この双極薄板（１４）の領域において、電解セル（４）の側方の閉鎖部を形成し、且つ、隣接する電解セル（４）のセルフレーム（１５、１６）の間に、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項６から２２のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
24. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の周囲において、フレーム形状に延在して配設されていることを特徴とする請求項２３に記載の圧力電解槽。
25. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の一方の側面に沿って配設されていることを特徴とする請求項２３または２４に記載の圧力電解槽。
26. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の縁部の周囲を、この双極薄板の前面側から背面側へと巡らされた状態で形成されていることを特徴とする請求項２３または２４に記載の圧力電解槽。
27. 封隙部材（２４）は、一つまたは多数の、双極薄板（１４）の周囲に沿って指向する封隙リップ（４４）を備えており、これら封隙リップが陽極セルフレーム（１５）、もしくは、陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４７）、またはこの双極薄板（１４）自体に、封隙状態で当接していることを特徴とする請求項２３から２６のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
28. 封隙リップ（４４）は、方向において、この双極薄板（１４）の面に対して垂直方向に突出していること、および、
    陽極セルフレーム（１５）、もしくは、陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４６、４７）が、この双極薄板（１４）の面に対して平行に指向した状態で形成されていることを特徴とする請求項２７に記載の圧力電解槽。
29. 封隙部材（２４）は、伸縮性合成樹脂の材料から形成されていることを特徴とする請求項２４から２８のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
30. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の縁部の押出し被覆成形によって、伸縮性合成樹脂の材料でもって形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の圧力電解槽。
31. 圧力容器（２）内における空間（７、８）は、陰極液と陰極液との間の水準均衡を可能にするために、測地学的に低い位置において、互いに結合されていることを特徴とする請求項２から３０のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
32. 空間（７、８）は、圧力容器（２）の外側に延在する結合導管を介して結合されていることを特徴とする請求項３１に記載の圧力電解槽。
33. 空間（７、８）は、測地学的に低く配置された位置において、圧力容器（２）の内側で、開口部、または分離部内における薄膜を介して、互いに結合されていることを特徴とする請求項３１に記載の圧力電解槽。
34. 圧力容器（２）は、非導電性の材料から成っていることを特徴とする請求項１から３３のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
35. 電解セルブロック（３）のケーシング（５）および圧力容器（２）の内側によって囲繞された、空間（７、８）は、それぞれに、電気的に絶縁状態である材料から成る外皮によってチャンバー化されていることを特徴とする請求項１から３３のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
36. 電解セルブロック（３）のケーシング（５）は空間（７、８）に向いた側面上で、及び／または圧力容器（２）がこの圧力容器の内側で、電気的に絶縁状態である被膜、または上張りを備えられていることを特徴とする請求項１から３３のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
37. ガス分離は、空間（７）、および空間（８）の中へ、基本的に、測地学的に電解セルブロック（３）の上方に配置された領域内において行われることを特徴とする請求項１０に記載の圧力電解槽。
38. これらガス分離領域内において、編組体の様式のガス合体補助体、及び／または超音波発信器、及び／または流動方向転換体が配設されていることを特徴とする請求項３７に記載の圧力電解槽。
39. 水貯蔵容器（３１）が設けられており、この水貯蔵容器は、供給水充填弁（３３）を備えている供給水充填導管（３２）を介して供給水源と、および、供給水流入弁（３５）を備えている供給水流入導管（３４）を介して、分離された複数の空間（７、８）の内の１つの空間の下側の領域と結合されており、且つ、加圧弁（３７）を備えている加圧導管（３６）を介して、これら分離された空間（７、８）の内の１つの空間の上側の領域と結合されており、且つ、
    更に、この水貯蔵容器が、換気弁（３９）を備えている換気導管（３８）を介して周囲環境に対して換気可能であり、その際、
    これら分離された空間（７、８）の内の１つの空間の上側の領域が、この圧力電解槽の作動の際に、複数の生成ガスの内の１つの生成ガスでもって充填されている、
    ことを特徴とする請求項２から３８のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
40. その空間と水貯蔵容器（３１）が、供給水流入導管（３４）、および加圧導管（３６）を介して結合されている、分離された空間の内の一方の空間は、電解液循環の構成要素を形成する他方の分離された空間（８）であることを特徴とする請求項３９に記載の圧力電解槽。
41. 請求項３９または４０による圧力電解槽を充填するための方法において、
    以下の方法の工程：
    ａ） 開放された換気弁（３９）、および閉鎖された加圧弁（３７）、および閉鎖された供給水流入弁（３５）の条件のもとで、供給水充填導管（３２）を介して、開放された供給水充填弁（３３）でもっての、水貯蔵容器（３１）の無圧力状態の充填、
    ｂ） 換気弁（３９）、および供給水充填弁（３３）の閉鎖、
    ｃ） 水貯蔵容器（３１）を、加圧導管（３６）を介して、圧力容器（２）内に存在している圧力にするための、加圧弁（３７）の開放、
    ｄ） 供給水を、水貯蔵容器（３１）から圧力容器（２）内へと配量するための、供給水流入弁（３５）の開放、
    ｅ） 供給水流入弁（３５）の閉鎖、
    を特徴とする方法。
42. 水貯蔵容器（３１）から圧力容器（２）内への供給水の配量添加は、重力作用のもとで行われ、その際、この水貯蔵容器（３１）が、空間的に、圧力容器（２）の上方に配設されていることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. 水貯蔵容器（３１）から圧力容器（２）内への供給水の配量添加は、供給水流入導管（３４）内に備えられている供給水ポンプを用いて行われることを特徴とする請求項４１に記載の方法。

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