JP2013543058A5

JP2013543058A5 -

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Publication number: JP2013543058A5
Application number: JP2013539332A
Authority: JP
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2031-11-18

Claims

電解チャンバと係合させるための取り外し可能な電極モジュールであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
好ましくはロッドの一方の端で前記第１の電極に結合される懸垂ロッドを備える懸垂構造体と、
を備え、
前記第２の電極が、前記懸垂構造体によって懸垂され又は支持され、前記懸垂構造体が、前記第２の電極を前記第１の電極から空間的に分離した状態で保持するための少なくとも１つの電気絶縁性スペーサ要素を備える、
取り外し可能な電極モジュール。
前記第１の電極が末端カソードであり、前記第２の電極が末端アノードであり、前記末端カソードと前記末端アノードとの間に電位が印加されることを可能にするために前記末端カソードと前記末端アノードを電源に結合可能である、請求項１に記載の電極モジュール。
好ましくは金属化合物である固体供給原料を還元するために、前記固体供給原料を電解によって還元することができるように前記固体供給原料を前記第１の電極の第１の表面と接触する状態で保持可能である、請求項１又は請求項２に記載の電極モジュール。
前記電気絶縁性スペーサ要素のうちの１つ又は複数によって前記第１の電極と前記第２の電極との間に空間的に分離した状態で支持されるバイポーラ電極を備える、請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の電極モジュール。
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位が印加されるときに前記バイポーラ要素の第１の表面がカソードとなり、固体供給原料を電解によって還元することができるように固体供給原料を前記バイポーラ電極の第１の表面と接触する状態で保持可能である、請求項４に記載の電極モジュール。
前記懸垂ロッドが前記第２の電極を通る、上記請求項のいずれかに記載の電極モジュール。
前記懸垂構造体が１つよりも多い懸垂ロッドを備え、前記各懸垂ロッドが前記第１の電極に結合される、上記請求項のいずれかに記載の電極モジュール。
前記モジュールが前記電解チャンバと係合しているときに前記電解チャンバの開口部を閉鎖するためのカバーをさらに備える、上記請求項のいずれかに記載の電極モジュール。
前記カバーの第１の表面が、前記電解チャンバの開口部をシールする及び／又は前記電極モジュールの重量の少なくとも一部を支持するために前記電解チャンバの開口部を取り囲む表面と相互作用する、請求項８に記載の電極モジュール。
前記モジュールが前記電解チャンバと係合しているときに前記少なくとも１つの懸垂ロッドの一部が前記電解チャンバの外部にあるように、好ましくは前記少なくとも１つの懸垂ロッド及び／又は前記電極モジュールによって前記モジュールを吊り上げることができるように、前記少なくとも１つの懸垂ロッドが前記カバーを通して画定された穴を通り、前記第２の電極のための電気接続部が前記カバーを通して画定された穴を通る、請求項８又は請求項９に記載の電極モジュール。
溶融塩電解質における、好ましくはハロゲン化金属を含む溶融塩電解質における、例えば塩化カルシウムを含む溶融電解質における電解に用いられる、請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の電極モジュール。
炭素を含むアノード、例えば黒鉛を含むアノードを有する、請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記電極が１つ又は複数のバイポーラ電極、末端カソード、及び末端アノードを含み、前記１つ又は複数のバイポーラ電極が前記末端カソードと前記末端アノードとの間に配置され、好ましくは１から２０までの間のバイポーラ電極を備え、特に好ましくは２から１０までの間のバイポーラ電極を備える、請求項１から請求項１２までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記バイポーラ電極が、前記末端カソードよりも上に及び前記末端アノードよりも下に垂直方向に間隔をおいて配置される、請求項１３に記載の電極モジュール。
複合構造を有するバイポーラ電極を備え、前記バイポーラ電極が第１の材料から作製された第１の部分又はカソード部分と第２の材料から作製された第２の部分又はアノード部分とを有する、請求項１から請求項１４までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記バイポーラ電極の前記第１の部分が金属であり、前記バイポーラ電極の前記第２の部分が酸素を発生させるための不活性アノード材料、寸法が安定化されたアノード材料、又は炭素材料である、請求項１５に記載の電極モジュール。
前記溶融塩が前記バイポーラ電極の前記第１の部分及び／又は前記第２の部分を通して流れることができるように、前記バイポーラ要素の前記第１の部分及び／又は前記第２の部分が、メッシュのような多孔質又は穿孔された又は小孔のある材料から形成される、請求項１５又は請求項１６に記載の電極モジュール。
前記モジュールが前記電解チャンバと係合しているときに前記電解チャンバの開口部を閉鎖するためのカバーを備える、請求項１から請求項１７までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記カバーの第１の表面が、前記電解チャンバの開口部をシールするために前記電解チャンバの開口部を取り囲む表面と相互作用する、請求項１８に記載の電極モジュール。
前記カバーがセラミック材料を含む、例えば、前記カバーがアルミナを含む、請求項１８又は請求項１９に記載の電極モジュール。
前記カバーが断熱性材料又は複数の断熱性材料を含み、及び熱障壁を提供する、請求項１８、請求項１９、又は請求項２０に記載の電極モジュール。
溶融塩電解質における固体供給原料の電解脱酸に用いられる、請求項１から請求項２１までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記固体供給原料が、例えば、酸化チタン又は酸化タンタルのような金属化合物又は金属酸化物、若しくは金属化合物又は金属酸化物の混合物を含む、請求項２２に記載の電極モジュール。
固体供給原料を電極のカソード面と接触する状態で、好ましくは末端カソードのカソード面又はバイポーラ電極のカソード面と接触する状態で保持可能である、請求項１から請求項２３までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記モジュールが、使用時に実質的に水平方向に配向される電極を備え、好ましくは、前記電極のカソード面が実質的に上向きに面し、前記電極のアノード面が実質的に下向きに面する、請求項１から請求項２４までのいずれかに記載の電極モジュール。
固体供給原料を前記電極の上向きに面する表面と接触する状態で保持可能である、請求項２４又は請求項２５に記載の電極モジュール。
前記電極が実質的にプレート状である、請求項２４、請求項２５、又は請求項２６に記載の電極モジュール。
電極を懸垂するための懸垂ロッドを備え、前記懸垂ロッドが、金属合金、好ましくは高温で強度を保持する金属合金、例えばニッケル合金から形成される、請求項１から請求項２７までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記懸垂ロッドの少なくとも一部が、電気絶縁性材料で覆われる、例えば、アルミナ又は窒化ホウ素のような高温絶縁性材料で覆われる、請求項２８に記載の電極モジュール。
前記電極を空間的に分離した状態で保持するための電気絶縁性スペーサ要素を備え、前記電気絶縁性スペーサ要素が、セラミック材料から、例えば、アルミナ、イットリア、及び窒化ホウ素からなる群から選択された材料から形成される、請求項１から請求項２９までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記電極がカソードを含み、前記電解チャンバ内の前記カソードと導電体との間の物理的接触によって前記カソードと電源との間に電気接続がなされる、請求項１から請求項３０までのいずれかに記載の電極モジュール。
例えば前記電解チャンバの中に下ろされ又は外に吊り上げられるときに前記モジュールの上端で吊り上げ要素から懸垂可能であり、例えば前記電解チャンバと係合しているときに前記モジュールの下端で前記第１の電極上に設置することができ、及び／又は例えば前記電解チャンバと係合しているときに前記カバーから懸垂可能である、請求項１から請求項３１までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記モジュールを上げる及び下ろすために前記モジュールを吊り上げ機構に結合するための結合手段を備える、請求項１から請求項３２までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記結合手段が、前記モジュールの上端に位置するｊスロットコネクタを備え、前記モジュール全体を前記ｊスロットコネクタから懸垂することができる、請求項３３に記載の電極モジュール。
前記電極がアノードを含み、前記アノード上の１つよりも多い点に前記アノードと電源との間の電気接続部を有する、請求項１から請求項３４までのいずれかに記載の電極モジュール。
前記電極のうちの少なくとも１つの一部が、供給原料を装填するために前記モジュールから取り外し可能である、請求項１から請求項３５までのいずれかに記載の電極モジュール。
電解チャンバと、
請求項１から請求項３６までのいずれかで定義されるモジュールである取り外し可能な電極モジュールと、
を備える電解システム。
溶融塩電解質における固体供給原料の還元のために前記電解チャンバ内に保持される、請求項３７に記載のシステム。
前記電解チャンバが、前記モジュールが前記チャンバと係合しているときに前記取り外し可能な電極モジュールの電極と接触するための電気接触部を備える、請求項３７又は請求項３８に記載のシステム。
前記電解チャンバが、溶融塩を収容するための電気伝導性のるつぼを備える、請求項３７から請求項３９までのいずれかに記載のシステム。
前記電気伝導性のるつぼが、前記モジュールが前記チャンバと係合するときに前記取り外し可能な電極モジュールの電極と接触するための電気接触部を備える、請求項４０に記載のシステム。
複数の取り外し可能な電極モジュールを備え、前記各モジュールを前記電解チャンバと取り外し可能に係合させることができる、請求項３７から請求項４１までのいずれかに記載のシステム。
前記電解チャンバと係合させる前に及び／又は前記電解チャンバから解除係合した後で前記取り外し可能な電極モジュール又は前記取り外し可能な電極モジュールのうちの１つを収容するための移送モジュールをさらに備える、請求項３７から請求項４２までのいずれかに記載のシステム。
前記移送モジュールが開放可能な閉鎖体を備え、前記閉鎖体は、前記取り外し可能な電極モジュールが前記移送モジュールの中に送り込まれることを可能にするために開放可能である、請求項４３に記載のシステム。
前記移送モジュール内で制御された環境が維持されることが可能となるように、前記移送モジュールをシールすることができる、請求項４３又は請求項４４に記載のシステム。
前記電解チャンバの開口部を開放可能な閉鎖体によって閉じることができ、前記閉鎖体が、前記取り外し可能な電極モジュール又は前記取り外し可能な電極モジュールのうちの１つの通過を可能にするために開放可能である、請求項３７から請求項４５までのいずれかに記載のシステム。
電解チャンバの開口部が、前記弾性材料と前記取り外し可能な電極モジュールのカバーとの間にシールを形成することができるように弾性材料によって取り囲まれる、請求項３７から請求項４６までのいずれかに記載のシステム。
前記弾性材料が弾性黒鉛材料である、請求項４７に記載のシステム。