JP2015531433A - Electrolysis equipment - Google Patents
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Abstract
電気分解を行い、熱を生成するための装置であって、使用時に電解液を収容する電解液キャビティを形成するセルハウジングと、電解液キャビティ内に設けられる、実質的に平行に離間した複数の電極プレートであって、使用時に電解液に少なくとも部分的に浸る少なくとも一つのアノード及び少なくとも一つのカソードを形成する電極プレートと、使用時に電気電源に接続することで、電解液に電流が供給されて電気分解及び電解液の加熱が行われる、少なくとも二つのコネクタと、電解液キャビティと流体連通し、使用時に熱回収モジュールに連結される少なくとも一つのセル出口と、電解液キャビティへの電解液の供給を可能する少なくとも一つのセル入口とを備える電解セルを含む、装置。【選択図】図1AAn apparatus for electrolyzing and generating heat, comprising a cell housing forming an electrolyte cavity for containing an electrolyte when in use, and a plurality of substantially parallel spaced apart provided within the electrolyte cavity An electrode plate that forms at least one anode and at least one cathode that is at least partially immersed in the electrolyte when in use, and is connected to an electrical power source when used to provide current to the electrolyte At least two connectors for electrolysis and heating of the electrolyte, at least one cell outlet in fluid communication with the electrolyte cavity and connected to the heat recovery module in use, and supply of electrolyte to the electrolyte cavity An apparatus comprising an electrolysis cell comprising at least one cell inlet that enables [Selection] Figure 1A
Description
本発明は、電気分解を行うための装置に関し、一例として、水素及び熱を生成するために、水の電気分解を行うための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for performing electrolysis, and as an example, relates to an apparatus for performing electrolysis of water to generate hydrogen and heat.
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例えば、水素および/または酸素を生成するために、水の電気分解を行うことが知られている。これは、再生可能ソースのような可変電源から利用可能なエネルギーを生成するためのもののように多数の異なるシナリオのために提案された。 For example, it is known to electrolyze water to produce hydrogen and / or oxygen. This has been proposed for a number of different scenarios, such as for generating available energy from a variable power source such as a renewable source.
例えば、特許文献1には、水から水素の供給を生成するように作動可能な水冷式電解槽を含む発電システムが記載されている。発電システムは、スチームタービン及びそのスチームタービンにスチームを供給するように作動可能なスチーム生成装置もまた含むことができる。発電システムは、液体−冷却式電解槽に冷却液を供給するように、そして液体−冷却式電解槽からの加熱された冷却液をスチーム生産デバイスに連結させるように作動可能なシステムもまた含むことができる。
For example,
特許文献2には、電解槽、水素ガス貯蔵部及びパワープラントを含むエネルギー貯蔵システムが開示されており、電解槽は、水素ガス貯蔵部に接続され、水素ガス貯蔵部は、パワープラントに接続される。また、エネルギーを貯蔵し、供給する方法が記載されている。この方法は、電解槽に電気エネルギーを伝達するステップ、電解槽により水を酸素と水素ガスとに分解するステップ、水素ガスを貯蔵するステップ、貯蔵された水素ガスをパワープラントに供給するステップ、及びパワープラントにより電気エネルギーを生成するステップを含む。 Patent Document 2 discloses an energy storage system including an electrolytic cell, a hydrogen gas storage unit, and a power plant. The electrolytic cell is connected to the hydrogen gas storage unit, and the hydrogen gas storage unit is connected to the power plant. The A method for storing and supplying energy is also described. The method includes the steps of transmitting electrical energy to an electrolytic cell, decomposing water into oxygen and hydrogen gas by the electrolytic cell, storing hydrogen gas, supplying the stored hydrogen gas to a power plant, and Generating electrical energy by the power plant.
特許文献3には、電解加熱サブシステムを利用する発電システムが記載されている。電解加熱サブシステムは、電解加熱サブシステム及び少なくとも一つの熱交換器と熱的に連通する第1導管に含まれた熱伝達媒体を加熱するパルス型(pulsed)電気分解システムである。少なくとも一つの熱交換器に連結された第2導管は、作動流体を含む。作動流体が第2導管を通して、また熱交換器を通して循環するにつれ、沸点以上の温度に加熱され、これにより、作動流体の少なくとも一部が蒸気(例えば、スチーム)に変換される。蒸気は、スチームタービンを通して循環して、スチームタービンの回転を引き起こし、結局、スチームタービンに連結された発電機の回転を引き起こす。
特許文献4には、電気から熱を生成するために液体の電気分解を利用し、また熱交換器により電解液から熱を伝達するヒータが記載されている。一実施形態は、ニッケルと白金の電極及び炭酸カリウムの電解液を含み、熱交換器が電解液に浸漬され、電解液から熱を伝達する。 Patent Document 4 describes a heater that utilizes electrolysis of a liquid to generate heat from electricity and transfers heat from an electrolyte solution by a heat exchanger. One embodiment includes a nickel and platinum electrode and a potassium carbonate electrolyte, and a heat exchanger is immersed in the electrolyte to transfer heat from the electrolyte.
特許文献5には、溶液に伝導性塩を含有する水の過剰加熱のための電解システムとセルが記載されている。電解セルは、実質的に閉鎖された内部体積を形成する非伝導性ハウジングを含み、離隔された第1及び第2伝導性部材がハウジング内に位置する。金属水素化物を形成するように水素または水素の同位元素と容易に結合できる伝導性金属をそれぞれ有する複数の伝導性粒子が、前記第1伝導性部材と電気的に接触するように、また前記第2伝導性部材から電気的に離隔されるようにハウジング内に位置する。伝導性粒子は、任意の便利な規則的または不規則的な形状であってよい。システムの電源は、第1及び第2伝導性部材を横切って作動可能に接続され、電流がそれらの間に、また電解液内で伝導性粒子を通して流れる。 Patent Document 5 describes an electrolytic system and a cell for excessive heating of water containing a conductive salt in a solution. The electrolysis cell includes a non-conductive housing that forms a substantially closed interior volume, and spaced apart first and second conductive members are located within the housing. A plurality of conductive particles, each having a conductive metal that can be readily combined with hydrogen or a hydrogen isotope to form a metal hydride, are in electrical contact with the first conductive member, and Located within the housing to be electrically separated from the two conductive members. The conductive particles may be any convenient regular or irregular shape. The system power supply is operably connected across the first and second conductive members, and current flows between them and through the conductive particles in the electrolyte.
しかし、上述した配置は、熱回収メカニズムが制限される一方、水素及び熱生成に最適化された電気分解装置を説明していない。 However, the arrangement described above does not describe an electrolyzer optimized for hydrogen and heat generation while the heat recovery mechanism is limited.
特許文献6には、複数のエネルギー源から有用なエネルギー生成物を生成するための電解セル装置及び方法が記載されている。好ましい実施形態において、電解液構成成分の濃度及びカソードの表面材料の細かい制御により達成される電子流れに対する低電位障壁を介した電子伝達によりカソードで水素ガスが生成される。水素ガスに捕獲されたエネルギーの一部は、水を触媒反応で解離させてアノードからイオン及びセル電解液の他の構成成分に熱エネルギーを伝達する、アノードで水から解離されたイオンの熱伝達活動により提供される。熱エネルギーは、周囲環境からの熱の吸収によりアノードで取り替えられる。しかし、熱回収メカニズムは、制限される。 Patent Document 6 describes an electrolytic cell apparatus and method for generating useful energy products from a plurality of energy sources. In a preferred embodiment, hydrogen gas is generated at the cathode by electron transfer through a low potential barrier to electron flow achieved by fine control of the concentration of electrolyte components and the surface material of the cathode. Part of the energy trapped in the hydrogen gas dissociates water by a catalytic reaction to transfer thermal energy from the anode to ions and other components of the cell electrolyte, heat transfer of ions dissociated from water at the anode Provided by activities. Thermal energy is replaced at the anode by absorption of heat from the surrounding environment. However, the heat recovery mechanism is limited.
本発明は、従来の技術に係る1つまたは複数の問題を改善しようとするものである。 The present invention seeks to ameliorate one or more problems associated with the prior art.
広範の一形態において、本発明は、電気分解を行い、熱を生成するための装置であって、
a)使用時に電解液を収容する電解液キャビティを形成するセルハウジングと、
b)前記電解液キャビティ内に設けられる、実質的に平行に離間した複数の電極プレートであって、使用時に前記電解液に少なくとも部分的に浸る少なくとも一つのアノード及び少なくとも一つのカソードを規定する前記電極プレートと、
c)使用時に電気電源に接続することで電解液に電流が供給されて、電気分解及び電解液の加熱が行われる、少なくとも二つのコネクタと、
d)前記電解液キャビティと流体連通する少なくとも一つのセル出口であって、使用時に熱回収モジュールに連結される前記少なくとも一つのセル出口と、
e)前記電解液キャビティへの電解液の供給を可能にする少なくとも一つのセル入口とを
備える電解セルを含む、装置を提供する。
In one broad form, the present invention is an apparatus for performing electrolysis and generating heat, comprising:
a) a cell housing that forms an electrolyte cavity for containing the electrolyte when in use;
b) a plurality of substantially parallel spaced apart electrode plates provided in the electrolyte cavity, wherein the electrode plates define at least one anode and at least one cathode at least partially immersed in the electrolyte in use. An electrode plate;
c) at least two connectors that are connected to an electrical power source during use to supply current to the electrolyte and to perform electrolysis and heating of the electrolyte;
d) at least one cell outlet in fluid communication with the electrolyte cavity, wherein the at least one cell outlet is coupled to a heat recovery module in use;
e) An apparatus is provided that includes an electrolytic cell with at least one cell inlet that enables the supply of electrolyte to the electrolyte cavity.
一般的に、セル入口は、電解液キャビティと熱回収モジュールを通って電解液が再循環するように、熱回収モジュールに連結される。 Generally, the cell inlet is coupled to the heat recovery module such that the electrolyte is recirculated through the electrolyte cavity and the heat recovery module.
一般的に、セル入口とセル出口は、電解液キャビティに供給された電解液が電極プレート間を流れるように配置される。 Generally, the cell inlet and the cell outlet are arranged so that the electrolyte supplied to the electrolyte cavity flows between the electrode plates.
一般的に、セル入口とセル出口は、電極プレートの縁端部に対面する電解液キャビティの対向側に配置される。 In general, the cell inlet and the cell outlet are arranged on opposite sides of the electrolyte cavity facing the edge of the electrode plate.
一般的に、セル入口とセル出口は、セルハウジングの下端部と上端部にそれぞれ配置され、電極プレートは、使用時に電解液キャビティ内に実質的に垂直に整列され、また実質的に水平に離隔される。 In general, the cell inlet and the cell outlet are located at the lower and upper ends of the cell housing, respectively, and the electrode plates are aligned substantially vertically within the electrolyte cavity in use and spaced substantially horizontally. Is done.
一般的に、電極プレートは、
a)ラミナ状(laminar)、
b)曲線状、及び
c)波状(undulating)
の少なくとも一つである。
In general, the electrode plate
a) laminar,
b) curvilinear, and c) undulating.
Is at least one of
一般的に、電極プレートは、
a)0.1mm〜10mm、
b)1mm〜2mm、及び
c)2mm〜5mm
の少なくとも一つの距離だけ離間される。
In general, the electrode plate
a) 0.1 mm to 10 mm,
b) 1 mm to 2 mm, and c) 2 mm to 5 mm
Separated by at least one distance.
一般的に、電極プレートは、
a)0.1mm〜10mm、
b)1mm〜2mm、及び
c)2mm〜5mm
の少なくとも一つの厚さを有する。
In general, the electrode plate
a) 0.1 mm to 10 mm,
b) 1 mm to 2 mm, and c) 2 mm to 5 mm
At least one thickness.
一般的に、アノードは、カソードより厚い。 In general, the anode is thicker than the cathode.
一般的に、少なくとも二つのコネクタは、隣接したプレートが使用時にアノード及びカソードとして作用するように電極プレートに電気接続される。 Generally, at least two connectors are electrically connected to the electrode plate such that adjacent plates act as anodes and cathodes in use.
一般的に、各カソードは、二つのアノードの間に位置する。 In general, each cathode is located between two anodes.
一般的に、セルハウジングは、開口部、及び該開口部に取外し可能に取り付けられたカバーを含み、電極プレートの少なくとも幾つかを電解液キャビティから取り出すことができる。 In general, the cell housing includes an opening and a cover removably attached to the opening so that at least some of the electrode plates can be removed from the electrolyte cavity.
一般的に、前記装置は、電極支持部を含み、電極は、その電極が使用時に電解液に少なくとも部分的に浸るように電極支持部に連結される。 Generally, the apparatus includes an electrode support, and the electrode is coupled to the electrode support such that the electrode is at least partially immersed in the electrolyte when in use.
一般的に、電極支持部は、電極を電解液キャビティから取出し可能にするカバーに連結される。 Generally, the electrode support is connected to a cover that allows the electrode to be removed from the electrolyte cavity.
一般的に、セルハウジングは圧力容器を規定し、電解液キャビティ内の圧力は大気圧より大きい。 In general, the cell housing defines a pressure vessel and the pressure in the electrolyte cavity is greater than atmospheric pressure.
一般的に、前記装置は、使用時に
a)少なくとも40℃、
b)少なくとも60℃、
c)少なくとも80℃、及び
d)少なくとも100℃
のうち少なくとも一つの温度で作動する。
Generally, the apparatus is in use a) at least 40 ° C.
b) at least 60 ° C.
c) at least 80 ° C., and d) at least 100 ° C.
Operates at at least one of the temperatures.
一般的に、前記装置は、熱回収モジュールを備える。 Generally, the device comprises a heat recovery module.
一般的に、熱回収モジュールは、蒸発した電解液を凝縮させる凝縮器として作用する。 Generally, the heat recovery module acts as a condenser that condenses the evaporated electrolyte.
一般的に、熱回収モジュールは、蒸発した電解液を気体電解生成物から分離する分離器として作用する。 Generally, the heat recovery module acts as a separator that separates the evaporated electrolyte from the gaseous electrolysis product.
一般的に、熱回収モジュールは、使用時に気体電解生成物の抽出を可能にする出口を含む。 Generally, the heat recovery module includes an outlet that allows extraction of gaseous electrolysis products in use.
一般的に、熱回収モジュールは、
a)蒸発した電解液を凝縮させるために、および/または
b)回収された熱を利用して作業を行うために、
電解液から熱を回収するための熱交換器を備える。
Generally, the heat recovery module is
a) to condense the evaporated electrolyte, and / or b) to work using the recovered heat,
A heat exchanger for recovering heat from the electrolyte is provided.
一般的に、熱回収モジュールは、電解液から回収された熱を利用して熱伝達媒体を加熱する。 Generally, the heat recovery module heats the heat transfer medium using heat recovered from the electrolyte.
一般的に、回収された熱は、
a)回収された熱を利用して使用時に加圧蒸気を生成するボイラー、及び
b)該ボイラーからの加圧蒸気を利用して使用時に電気を生成する発電機に連結された熱機関
を含む熱機関により利用される。
Generally, the recovered heat is
a) a boiler that uses the recovered heat to generate pressurized steam at the time of use; and b) a heat engine coupled to a generator that uses the pressurized steam from the boiler to generate electricity at the time of use. Used by heat engine.
一般的に、熱回収モジュールは、熱機関を含む。 Generally, the heat recovery module includes a heat engine.
一般的に、前記装置は、電流を供給するための電源を含む。 Generally, the device includes a power source for supplying current.
一般的に、電源は、熱機関を含む。 Generally, the power source includes a heat engine.
一般的に、電流は、
a)少なくとも2V、
b)少なくとも5V、
c)少なくとも10V、
d)15〜25V、
e)30V以下、
f)40V以下、及び
g)60V以下
の少なくとも一つの電位を有する直流である。
In general, the current is
a) at least 2V,
b) at least 5V,
c) at least 10V,
d) 15-25V,
e) 30V or less,
f) DC with at least one potential of 40V or less and g) 60V or less.
一般的に、電流は、
a)少なくとも3000V/m、
b)少なくとも12000V/m、及び
c)少なくとも24000V/m
の少なくとも一つの電界強度を有する電場を生成するように印加される。
In general, the current is
a) at least 3000 V / m,
b) at least 12000 V / m, and c) at least 24000 V / m.
Are applied to generate an electric field having at least one electric field strength.
一般的に、電流は、
a)少なくとも0.5A、
b)少なくとも1A、
c)少なくとも2A、
d)2A〜10A、
e)約5A、
f)10A以下、
g)20A以下、及び
h)50A以下
の少なくとも一つの電流を有する直流である。
In general, the current is
a) at least 0.5A,
b) at least 1A,
c) at least 2A,
d) 2A-10A,
e) about 5A,
f) 10A or less,
g) a direct current having at least one current of 20 A or less, and h) 50 A or less.
一般的に、電流は、
a)少なくとも500A/m2、
b)少なくとも1000A/m2、及び
c)約3000A/m2以上
の少なくとも一つの電流密度を有する電場を生成するように印加される。
In general, the current is
a) at least 500 A / m 2 ,
b) applied to generate an electric field having at least one current density of at least 1000 A / m 2 , and c) at least about 3000 A / m 2 .
一般的に、前記装置は、
a)少なくとも二つのコネクタに連結されたトリガー回路、
b)スイッチ、及び
c)スイッチを介して少なくとも二つのコネクタに連結されたロード(load)
を含み、
使用時に、トリガー回路は、スイッチを選択的に活性化させて、少なくとも二つのコネクタをロードに連結させる。
Generally, the device is
a) a trigger circuit coupled to at least two connectors;
b) a switch, and c) a load connected to at least two connectors via the switch.
Including
In use, the trigger circuit selectively activates the switch to couple at least two connectors to the load.
一般的に、トリガー回路は、
a)i)コネクタでの電流流動、及びii)コネクタにわたる電位、の少なくとも一つを感知するセンサ、及び
b)i)感知された電流、及びii)感知された電位の少なくとも一つによって、スイッチを制御する電子制御器、
を含む。
Generally, the trigger circuit is
a) a sensor that senses at least one of i) current flow at the connector, and ii) a potential across the connector, and b) i) a sensed current, and ii) at least one of the sensed potential to switch Electronic controller to control,
including.
一般的に、使用時に、電子制御器は、
a)少なくとも一つの感知された電流及び感知された電位を閾値と比較し、
b)該閾値を超える場合に、少なくとも一部の電流を、前記ロードを介して転換させるよう、スイッチを作動させる。
Generally, in use, an electronic controller
a) comparing at least one sensed current and sensed potential to a threshold;
b) Activating a switch to divert at least some current through the load if the threshold is exceeded.
一般的に、ロードは、
a)電解セル、
b)抵抗性ロード、
c)電池、及び
d)電気機械
の少なくとも一つである。
In general, the load is
a) electrolysis cell,
b) resistive load,
c) at least one of a battery, and d) an electric machine.
一般的に、使用時に、電解セルは、少なくとも60℃の温度で、少なくとも大気圧の圧力で、少なくとも3000V/mの印加電場及び少なくとも500A/m2の電流密度を有する直流で、作動するようになっている。 In general, in use, the electrolysis cell is operated at a temperature of at least 60 ° C., at a pressure of at least atmospheric pressure, with an applied electric field of at least 3000 V / m and a direct current having a current density of at least 500 A / m 2. It has become.
一般的に、前記装置は、使用時に前記装置内の温度変化に応じて電気エネルギーを生成する焦電材料を含む。 Generally, the device includes a pyroelectric material that generates electrical energy in response to changes in temperature within the device.
一般的に、焦電材料は、電解液キャビティ内に設けられ、また少なくとも二つのコネクタに電気接続される。 Generally, pyroelectric material is provided in the electrolyte cavity and is electrically connected to at least two connectors.
一般的に、焦電材料は、電気絶縁されるものと、電解液に電気接続されるものの少なくとも一つである。 Generally, pyroelectric materials are at least one of those that are electrically insulated and those that are electrically connected to the electrolyte.
一般的に、少なくとも一つの電極は、焦電材料からなる。 Generally, at least one electrode is made of a pyroelectric material.
一般的に、電極は、焦電効果を強化するように不均一に離間される。 In general, the electrodes are non-uniformly spaced to enhance the pyroelectric effect.
一般的に、前記装置は、使用時に装置内の温度変化に応じて電気エネルギーを生成する前記装置と電気的及び熱的に接触する二つの異種金属を含む。 Generally, the device includes two dissimilar metals that are in electrical and thermal contact with the device that generates electrical energy in response to temperature changes within the device.
他の広範の一形態において、本発明は、電気分解用の装置であって、
a)i)電解液キャビティを形成するセルハウジングであって、前記電解液キャビティは使用時に電解液を収容し加圧される、セルハウジングと、
ii)使用時に電解生成物が収集されるように前記電解液キャビティと流体連通する少なくとも一つのセル出口と、
iii)前記電解液キャビティ内に設けられる複数の電極であって、少なくとも一つのアノードと少なくとも一つのカソードを形成する、前記複数の電極と、
iv)使用時に電気電源に接続することで、電解液への電流供給を可能にする、少なくとも二つのコネクタ
とを備える電解セル、
b)i)(1)内部に前記電解セルが取外し可能に取り付けられるセルキャビティと、
(2)前記セルキャビティと熱的に連通する媒体キャビティであって、使用時に熱回収媒体を収容する媒体キャビティ
とを形成するモジュールハウジング、
を備える熱回収モジュール、及び
c)使用時に熱回収媒体が前記媒体キャビティを通過して前記電解セルから熱を回収することができるように、前記媒体キャビティと流体連通する入口と出口、
を含む、装置を提供する。
In another broad form, the present invention is an apparatus for electrolysis comprising:
a) i) a cell housing forming an electrolyte cavity, wherein the electrolyte cavity contains and pressurizes the electrolyte during use;
ii) at least one cell outlet in fluid communication with the electrolyte cavity such that electrolytic products are collected during use;
iii) a plurality of electrodes provided in the electrolyte cavity, the plurality of electrodes forming at least one anode and at least one cathode;
iv) an electrolysis cell comprising at least two connectors, which allows a current supply to the electrolyte by connecting to an electric power source when in use;
b) i) (1) a cell cavity in which the electrolytic cell is removably attached;
(2) a module housing that forms a medium cavity that is in thermal communication with the cell cavity and that houses a heat recovery medium when in use;
A heat recovery module comprising: c) an inlet and an outlet in fluid communication with the medium cavity so that, in use, the heat recovery medium can pass through the medium cavity and recover heat from the electrolysis cell;
An apparatus is provided including:
一般的に、前記装置の電解セルは、使用時に電解液を供給できるように電解液キャビティと流体連通するセル入口を含む。 In general, the electrolytic cell of the apparatus includes a cell inlet in fluid communication with the electrolyte cavity so that the electrolyte can be supplied in use.
一般的に、前記装置は、セル入口に加熱された電解液を供給する電解液供給部を含む。 In general, the apparatus includes an electrolyte supply unit that supplies a heated electrolyte to the cell inlet.
一般的に、セルハウジングはベースとカバーを含み、カバーはベースに取外し可能に取り付けられ、カバーとベースは、使用時に密封係合する。 Generally, the cell housing includes a base and a cover, the cover being removably attached to the base, and the cover and the base are in sealing engagement in use.
一般的に、セルハウジングは、圧力容器を形成する。 In general, the cell housing forms a pressure vessel.
一般的に、電極は、複数の実質的にラミナ状の電極プレートを含む。 In general, the electrode includes a plurality of substantially laminar electrode plates.
一般的に、電極プレートは、側方に離間される。 In general, the electrode plates are laterally spaced.
一般的に、電極プレートは、
a)等距離に離間されるもの、また
b)不均一に離間されるもの
の少なくとも一つである。
In general, the electrode plate
a) at least one of those spaced equidistantly; and b) non-uniformly spaced.
一般的に、電極プレートは、第1及び第2直交方向に延び、第3直交方向に離間される。 In general, the electrode plates extend in the first and second orthogonal directions and are spaced apart in the third orthogonal direction.
一般的に、電極プレートは、0.1〜10mmの距離だけ離間される。 Generally, the electrode plates are separated by a distance of 0.1 to 10 mm.
一般的に、電極プレートは、使用時に電解生成物がセル出口まで電極プレート間を通るように配置される。 In general, the electrode plates are arranged so that, in use, the electrolysis product passes between the electrode plates to the cell outlet.
一般的に、少なくとも二つのコネクタは、隣接したプレートが使用時にアノード及びカソードとして作用するように電極プレートに電気接続される。 Generally, at least two connectors are electrically connected to the electrode plate such that adjacent plates act as anodes and cathodes in use.
一般的に、前記装置は電極支持部を含み、電極は、使用時に電極が電解液に少なくとも部分的に浸るように電極支持部に連結される。 Generally, the device includes an electrode support, and the electrode is coupled to the electrode support so that the electrode is at least partially immersed in the electrolyte when in use.
一般的に、電極支持部は、電極を電解液キャビティから取出し可能にするカバーに連結される。 Generally, the electrode support is connected to a cover that allows the electrode to be removed from the electrolyte cavity.
一般的に、熱回収モジュールは、電解セルの外側に位置する。 Generally, the heat recovery module is located outside the electrolysis cell.
一般的に、媒体キャビティはチューブ形状であり、セルハウジングは、実質的にシリンダ形状である。 Generally, the media cavity is tube-shaped and the cell housing is substantially cylindrical.
一般的に、モジュールハウジングは、シリンダ状セルキャビティ、及びセルキャビティの周囲に実質的に円周方向に延びる環状媒体キャビティを形成する細長型の実質的に環状の形状を有する。 Generally, the module housing has an elongated, substantially annular shape that forms a cylindrical cell cavity and an annular media cavity that extends substantially circumferentially around the cell cavity.
一般的に、前記装置は絶縁ジャケットを含み、熱回収モジュールは、使用時に絶縁ジャケット内に設けられる。 Generally, the apparatus includes an insulating jacket, and the heat recovery module is provided in the insulating jacket when in use.
一般的に、絶縁ジャケットはジャケットハウジングを含み、ジャケットハウジング及びモジュールハウジングは、使用時に熱的絶縁材料を収容する絶縁キャビティを形成するように協働する。 Generally, the insulating jacket includes a jacket housing, and the jacket housing and the module housing cooperate to form an insulating cavity that contains a thermally insulating material in use.
一般的に、入口と出口は、使用時に熱機関又は熱的ロードに連結される。 Generally, the inlet and outlet are connected to a heat engine or thermal load in use.
一般的に、熱機関は、
a)使用時に前記熱伝達媒体からの熱を利用してスチームを生成するボイラー、及び
b)使用時に前記ボイラーからのスチームを利用して電気を生成する発電機に連結されたスチームタービン、
を含む。
Generally, heat engines
a) a boiler that generates steam using heat from the heat transfer medium when in use; and b) a steam turbine connected to a generator that generates electricity using steam from the boiler when used;
including.
一般的に、少なくとも二つのコネクタは、使用時に電源に連結される。 Generally, at least two connectors are coupled to a power source when in use.
一般的に、前記装置は、
a)少なくとも二つのコネクタに連結されたトリガー回路、
b)スイッチ、及び
c)スイッチを通して少なくとも二つのコネクタに連結されたロード、
を含み、
使用時に、トリガー回路は、スイッチを選択的に活性化させて、少なくとも二つのコネクタをロードに連結させる。
Generally, the device is
a) a trigger circuit coupled to at least two connectors;
b) a switch, and c) a load connected to at least two connectors through the switch,
Including
In use, the trigger circuit selectively activates the switch to couple at least two connectors to the load.
一般的に、トリガー回路は、
a)i)前記コネクタでの電流流動とii)コネクタにわたった電位の少なくとも一つを感知するセンサ、及び
b)i)感知された電流及びii)感知された電位の少なくとも一つによって前記スイッチを制御する電子制御器、
を含む。
Generally, the trigger circuit is
a) a sensor that senses at least one of i) current flow through the connector and ii) a potential across the connector; and b) i) a switch that senses at least one of the sensed current and ii) the sensed potential. Electronic controller to control,
including.
一般的に、使用時に、電子制御器は、
a)前記少なくとも一つの感知された電流及び感知された電位を閾値と比較し、
b)前記閾値を超える場合に、少なくとも一部の電流を、前記ロードを通して転換させるように前記スイッチを作動させる。
Generally, in use, an electronic controller
a) comparing said at least one sensed current and sensed potential to a threshold;
b) actuating the switch to divert at least some current through the load if the threshold is exceeded;
一般的に、ロードは、
a)電解セル、
b)抵抗性ロード、
c)電池、及び
d)電気機械
の少なくとも一つである。
In general, the load is
a) electrolysis cell,
b) resistive load,
c) at least one of a battery, and d) an electric machine.
一般的に、前記装置は、使用時に前記装置内の温度変化に応じて電気エネルギーを生成する焦電材料を含む。 Generally, the device includes a pyroelectric material that generates electrical energy in response to changes in temperature within the device.
一般的に、焦電材料は、電解液キャビティ内に設けられ、また少なくとも二つのコネクタに電気接続される。 Generally, pyroelectric material is provided in the electrolyte cavity and is electrically connected to at least two connectors.
一般的に、装置は、使用時に前記装置内の温度変化に応じて電気エネルギーを生成する前記装置と電気的及び熱的に接触する二つの異種金属を含む。 In general, a device includes two dissimilar metals that are in electrical and thermal contact with the device that, in use, generates electrical energy in response to temperature changes within the device.
一般的に、焦電材料は、電気絶縁されるものと、電解液に電気接続されるものの少なくとも一つである。 Generally, pyroelectric materials are at least one of those that are electrically insulated and those that are electrically connected to the electrolyte.
一般的に、少なくとも一つの電極は、焦電材料からなる。 Generally, at least one electrode is made of a pyroelectric material.
一般的に、電極は、焦電効果を強化するように不均一に離隔される。 In general, the electrodes are unevenly spaced to enhance the pyroelectric effect.
一般的に、前記装置は、熱回収モジュールの各セルキャビティに取出し可能に取り付けられる複数の電解セルを含む。 Generally, the apparatus includes a plurality of electrolysis cells removably attached to each cell cavity of the heat recovery module.
広範の第2形態において、本発明は、電気分解用の装置であって、
a)使用時に電気電源に接続することで、電解液への電流供給を可能にする、少なくとも二つのコネクタを含む電解セルと、
b)前記少なくとも二つのコネクタに連結されたトリガー回路と、
c)スイッチと、
d)前記スイッチを通して前記少なくとも二つのコネクタに連結されたロードと、
を含み、
使用時に、前記トリガー回路は、前記スイッチを選択的に活性化させて、前記少なくとも二つのコネクタを前記ロードに連結させる、装置を提供する。
In a broad second form, the present invention is an apparatus for electrolysis comprising:
a) an electrolysis cell comprising at least two connectors, which allows a current supply to the electrolyte by connecting to an electrical power source in use;
b) a trigger circuit coupled to the at least two connectors;
c) a switch;
d) a load coupled to the at least two connectors through the switch;
Including
In use, the trigger circuit provides a device that selectively activates the switch to couple the at least two connectors to the load.
一般的に、トリガー回路は、
a)コネクタでの電流流動を感知するセンサ、及び
b)感知された電流によってスイッチを制御する電子制御器、
を含む。
Generally, the trigger circuit is
a) a sensor for sensing current flow in the connector; and b) an electronic controller for controlling the switch according to the sensed current.
including.
一般的に、使用時に、電子制御器は、
a)感知された電流を閾値と比較し、
b)閾値を超える場合に、少なくとも一部の電流を、ロードを通して転換させるようにスイッチを作動させる。
Generally, in use, an electronic controller
a) comparing the sensed current to a threshold;
b) Activating the switch to divert at least some of the current through the load if the threshold is exceeded.
一般的に、ロードは、
a)電解セル、
b)抵抗性ロード、
c)電池、及び
d)電気機械
の少なくとも一つである。
In general, the load is
a) electrolysis cell,
b) resistive load,
c) at least one of a battery, and d) an electric machine.
本発明の広範の異なる形態及びこれらに依存する特徴は、所望通りに、相互交換可能にまたは共に用いることが可能であることが理解できるだろう。 It will be appreciated that a wide variety of different aspects of the invention and features dependent thereon may be used interchangeably or together as desired.
以下、添付の図面を参照して、本発明の一例について説明する。 Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
水素及び熱を生成するための装置の一例を、図1A及び図1Bを参照して説明する。 An example of an apparatus for generating hydrogen and heat will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
この例において、装置100は、電解セル110及び熱回収モジュール120を含む。電解セル110は、使用時に電解液113を収容する電解液キャビティ112を形成するセルハウジング111を含む。電気分解が標準大気圧より高い圧力で行われるように、電解液キャビティ112は、通常、使用時に加圧される。
In this example, the
電解セル110は、電解液キャビティ112と流体連通する少なくとも一つのセル出口114をさらに含み、使用時に電気分解を通して生成された電解生成物をそれより収集できる。電解液キャビティ112内に複数の電極115が設けられ、複数の電極115は、少なくとも一つのアノードと少なくとも一つのカソードを形成する。電極115は各コネクタ116に連結され、コネクタは、使用時に電源供給装置(図示しない)に接続されて、以下においてさらに詳細に説明するように、電流が電解液に供給され得る。
The
また、モジュール120は、セルハウジング111が着脱式で取り付けられ得るセルキャビティ122を形成するモジュールハウジング121を含む。また、モジュールハウジング121は、使用時に熱回収媒体を収容する媒体キャビティ123を形成する。媒体キャビティ123は、セルキャビティ122と熱的に連通し、電解セル110がセルキャビティ122内に位置する時に、電解セル110で生成された熱が熱回収媒体に伝達される。
The
熱回収モジュール120は、媒体キャビティ123と流体連通する入口124と出口125をさらに含み、熱回収媒体が媒体キャビティ123を通過することができるので、電解セル110から熱を回収することができる。熱回収媒体は、熱エネルギーを貯蔵できる任意の流体を含むことができ、代表的な例としては、熱油(thermal oil)、水などがある。熱伝達媒体は、熱回収モジュール120の作動温度及び熱伝達媒体の特性によって圧力下で供給されることもある。
The
一例において、電解液は、少なくとも水素を含む、生成された電解生成物、また、さらに一般的に、水素と酸素の組み合わせと共に、水を含む。しかし、これは必須ではなく、生成される電解生成物は、用いられる電解液に依存するということが理解できるだろう。 In one example, the electrolyte includes water with a generated electrolysis product that includes at least hydrogen, and more generally a combination of hydrogen and oxygen. However, it will be appreciated that this is not essential and that the electrolytic product produced depends on the electrolyte used.
水素の発生によってエネルギーを貯蔵するメカニズムがもたらされ、これにより、発生中ではなく、要求時にエネルギーを使用できるようになる。これは、エネルギーを生成するにあたって周囲条件に依存するので、単に周期的にのみ動力を生成できる、太陽光や風力のような、再生エネルギー源の場合に特に重要である。しかし、発生した電気を水素に変換させることによって、必要に応じてエネルギーを貯蔵して用いることができ、例えば、熱機関などでの燃焼のために、燃料電池を用いて電気を生成できる一方、発生した熱は、温水の供給など、産業用または家庭用の流体の加熱のようなプロセスで直ちに用いられるか、または十分に加熱されると、蒸気に変換されるか、または熱エネルギーを機械的および/または電気的動力に変換させるプロセスで用いられ得る。 The generation of hydrogen provides a mechanism for storing energy, which allows energy to be used on demand rather than being generated. This is particularly important in the case of renewable energy sources, such as solar and wind, which can only generate power periodically, as it depends on ambient conditions in generating energy. However, by converting the generated electricity to hydrogen, energy can be stored and used as necessary, for example, while fuel can be generated using a fuel cell for combustion in a heat engine or the like, The generated heat is used immediately in processes such as heating of industrial or household fluids, such as hot water supply, or when fully heated, it is converted into steam or the heat energy is mechanically And / or can be used in the process of converting to electrical power.
前述の構成により、従来の電気分解構成より、多くの利点がもたらされる。先ず、電解セル110は、熱回収モジュール120から取外し可能なので、メンテナンス時に電解セル110を取り外すことができる。これは、電極115が一般的に時間が経つにつれて低下するため、即ち、電極115が周期的な再調整を要するため、重要なことである。従って、電解セル110を熱回収モジュール120から容易に取り外せるので、電極を容易に交替または再調整することができる。このプロセスの一部として、熱回収モジュール内に予備電解セル110を設けることができ、これによって本来の電解セルを再調整しながら、電気分解を続けることができる。
The above arrangement provides a number of advantages over conventional electrolysis arrangements. First, since the
前述した配置の他の利点は、セルハウジングが使用時に加圧された電解液キャビティを形成するということである。電解液キャビティ内の圧力を用いると、大気圧で電解液の沸点以上の温度で電気分解を行うことができる。これによって、例えば、200℃まで、またそれ以上を含む100℃以上の温度で水の電気分解を行うことができ、電気分解プロセスの効率を大きく増加させ、熱回収モジュールを通過する流体をさらに多く加熱することができる。 Another advantage of the arrangement described above is that the cell housing forms a pressurized electrolyte cavity in use. When the pressure in the electrolyte cavity is used, electrolysis can be performed at a temperature equal to or higher than the boiling point of the electrolyte at atmospheric pressure. This allows, for example, electrolysis of water at temperatures of up to 200 ° C. and over 100 ° C., including more, greatly increasing the efficiency of the electrolysis process and allowing more fluid to pass through the heat recovery module. Can be heated.
加圧されるにもかかわらず、配置は、水素と他の電解生成物(酸素など)が容易に収集され、適切な加圧貯蔵容器に伝達され得るようにして、水素が後続して用いられるか、または直接抽出され用いられ得るようにする出口114を含む。電解セルが加圧されるので、水素が圧力下で収集され得、従って、貯蔵のために水素をさらに圧縮する必要が少なくなるということもまた考えられる。
Despite being pressurized, the arrangement is followed by hydrogen so that hydrogen and other electrolysis products (such as oxygen) can be easily collected and transferred to a suitable pressurized storage vessel. Or include an
また、熱回収モジュール120を用いると、電解セル110から過剰熱を回収することができ、例えば、ボイラーと蒸気タービンなどの熱機関を用いて有用な熱に変換させるか、または類似するように電気を生成することができ、プロセスの効率をさらに増加させるか、または他のプロセスに熱として加えられ得る。
Also, the
以下、図2Aを参照して、電源から電気を用いて水素を生成するための装置100の使用の一例をさらに詳細に説明する。
Hereinafter, with reference to FIG. 2A, an example of the use of the
この例において、装置100は、電源200に連結される。電源200は、任意の形態の電源であってよいが、一特定例においては、波力、風力または太陽熱動力式電気供給部、または電気グリッドに連結された供給部、または熱回収モジュール220を通過する流体により駆動する、熱を電力に変換させる熱機械に連結された供給部のような、可変量の電気を生成する電源である。
In this example, the
電源200は、電気ケーブルなどの各連結部201、202を通してコネクタ116に電気接続される。トリガー回路210が連結部201、202に連結され、コネクタ116に連結される。このトリガー回路210は、スイッチ211に連結され、このスイッチは、連結部201、202をロード212に選択的に接続させるのに用いられる。トリガー回路210は、一般的に、連結部201、202に存在するか、または流入する電位および/または電流の流れを感知するためのセンサ210.1、及び感知された電流および/または電位によってスイッチ211を制御するためのマイクロコントローラなどの電子制御装置210.2を含む。
The
使用時に、このような配置によると、トリガー回路210が電解セル110を通した電流の流れおよび/または連結部116を通した電位を検出することができ、必要に応じてロード212を通して電流を転換させるようにスイッチ211を選択的に作動させることができる。これは、例えば、過電位シナリオが検出される場合に、電解セルの損傷を防止するために用いられ得る。これを達成するために、制御器210.2は、感知された電位および/または電流を、安全な電位および/または電流の流れを示す閾値と比較し、閾値を超える場合、ロード212を通して少なくとも一部の電流を転換させるようにスイッチ211を作動させる。これは、電源200による動力出力の変化を収容する等、種々の理由のいずれか一つで要求され得る。
In use, such an arrangement allows the
しかし、他の例において、さらなる電気エネルギーが焦電(pyroelectric)またはゼーベック(Seebeck)効果を通して生成され得る。これと関連して、温度の変化が、焦電結晶、焦電金属などのような焦電材料内に電位を生成する。そのような物質がコネクタ116に電気接続される場合、これは、連結部201、202にわたって使用可能なポテンシャルエネルギーを加え、さらなる利用可能な電流が得られる。
However, in other examples, additional electrical energy can be generated through pyroelectric or Seebeck effects. In this connection, changes in temperature create a potential in pyroelectric materials such as pyroelectric crystals, pyroelectric metals, and the like. If such material is electrically connected to the
一例において、これは、電極がオーステナイト系ステンレス鋼のような焦電材料からなる場合に発生し得る。このような場合に、電流の流れは、電解液に加えられる実際の電位が電源または反対電荷の電位より大きいかまたは小さいかを意味する、セルが暖められるかまたは冷却されるか、あるいはある一つの電極を通して熱が流れる方向によって逆になるかまたは増加する。 In one example, this can occur when the electrode is made of a pyroelectric material such as austenitic stainless steel. In such a case, the flow of current means that the actual potential applied to the electrolyte is greater or less than the potential of the power supply or the opposite charge, the cell is warmed or cooled, or some Depending on the direction of heat flow through the two electrodes, it is reversed or increased.
しかし、例えば、電解液が暖められるかまたは冷却されるかに関係なく、印加された電流に電流が加えられることを保障するためにハウジング内に焦電結晶を設け、この焦電結晶をダイオードを通してコネクタ116に連結することで、さらなる焦電材料が電解セルに意図的に含まれ得る。これは、電流を発生させるさらなる電位を意図的に生成するのに用いられ得る。一例において、焦電材料は、電解液キャビティ内の任意の箇所に、例えば、電極を囲む環状領域に位置し得る。しかし、代案として、焦電材料は、選択された電極を代替することができ、前記装置に容易に統合され得、また、さらなる電位および/または電流を生成するために、電極近傍で発生する温度変化を最大限に利用できる。焦電材料が電解液から電気的に絶縁され得ると理解されるが、これは必須ではなく、焦電材料は、例えば、焦電材料が電極に用いられる場合、電解液に電気接続され得る。
However, for example, a pyroelectric crystal is provided in the housing to ensure that current is applied to the applied current regardless of whether the electrolyte is warmed or cooled, and this pyroelectric crystal is passed through the diode. By coupling to the
焦電材料の使用の代案として、金属間の接合を通した熱勾配がゼーベック効果を通じて電流を発生させるように、二つの異種金属を熱的及び電気的に接触させて設けることができる。一例において、これは、電極への電気接続部が二つの異種金属を含むことによって達成され、セルから前記接続部に熱が伝導される時に、電解液に印加された実際の電位が電源または反対電荷の電位よりさらに大きくなるか、またはさらに小さくなる。 As an alternative to using pyroelectric materials, two dissimilar metals can be provided in thermal and electrical contact so that a thermal gradient through the junction between the metals generates an electric current through the Seebeck effect. In one example, this is accomplished by the fact that the electrical connection to the electrode includes two dissimilar metals, and when the heat is conducted from the cell to the connection, the actual potential applied to the electrolyte is the power source or the opposite. It becomes larger or smaller than the electric potential of the electric charge.
温度変化は、種々の理由で発生し得る。例えば、セルを活性化及び不活性化させることは、ウォーミング(warming)及び冷却サイクルを引き起こし、熱回収モジュールを通した熱伝達媒体の流量を変化させることは、電解セルの作動温度に影響を及ぼす。また、温度変化は、例えば、セル内での異なる熱の発生や流動により、電解セルの正常動作の間に、またセルの活性化及び不活性化の間に意図せずに発生することもある。いずれの場合でも、ロード212は、過剰電位および/または電流が生成される場合にバッファとしての役割をすることができ、単に、過剰閾値未満で生成された任意のさらなる電流が電気分解プロセスに寄与する。 Temperature changes can occur for a variety of reasons. For example, activating and deactivating a cell can cause warming and cooling cycles, and changing the flow rate of the heat transfer medium through the heat recovery module can affect the operating temperature of the electrolysis cell. Effect. Also, temperature changes may occur unintentionally during normal operation of the electrolytic cell and during activation and deactivation of the cell due to, for example, different heat generation and flow in the cell. . In any case, load 212 can serve as a buffer when excess potential and / or current is generated, simply any additional current generated below the excess threshold contributes to the electrolysis process. To do.
ロード212の特性は、好ましい実施例によって変わることがある。一例において、負荷212は、焦電またはゼーベック効果に起因する上昇した、または逆方向電流から発生する過電流を、放散する熱に変換させる抵抗性負荷の形態である。しかし、代案として、過電流は、有用な作業を行うのに用いられ得る。例えば、負荷212は、エネルギーを貯蔵するための化学電池、電気機械、電解液またはボイラーなどの水を加熱するための加熱要素の形態であってよい。
The characteristics of the
他の例において、ロード212は、前記装置100と類似した他の電気分解装置を示す。この例において、2セットの装置100が、連結部201、202を経て発生する過電位または逆電位によって十分な電流流動が利用可能な時にのみ利用される第2装置と並列に設けられる。このような特別な配構成により、さらに多くの利点がもたらされる。例えば、過電位の場合の間にさらなる電気分解を行うことができ、また水素及び熱を発生させる前記装置の能力を強化することができる。また、適切な構成により、前記2セットの装置100は、相互交換可能に用いられ得る。これによって、各セットの装置100の相対的な使用を制御することができ、従って、システムの作動寿命を延ばすことができ、作動効率および/またはシステム出力を増加させることができる。
In another example, the
また、前述した例から、トリガー回路及び負荷の使用が他の電気分解システムと共に用いられ得るということと、前記装置100に関する説明は単に説明のためのものであり、制限的なものと意図されないということが理解できるだろう。
Also, from the example described above, the use of trigger circuits and loads can be used with other electrolysis systems, and the description of the
以下において、前記装置100が電気分解システムとして用いられる時の他の特徴について説明する。
In the following, other features when the
特に、この例において、入口124と出口125は、通常、熱機関に連結される。熱機関は、接続パイプ221を通して入口124と出口125に連結された、ボイラーまたは他のタイプの熱交換器であってよい過熱器220、及びポンプ222を含む。これによって、熱回収媒体がポンプ222を利用してパイプ221を通して循環でき、従って、熱が熱回収モジュール120から過熱器220に伝達され得る。
In particular, in this example,
過熱器220は、水のような作動媒体を沸かしてスチームのような、圧力下で蒸気を生成するのに用いられる。スチームは、パイプ231を通して蒸気タービンと発電機230のような熱機関に伝達され、熱機関は、出力部234を通して電気を供給するのに用いられる。タービンと発電機230を通過したスチームは、凝縮器232で凝縮され、ポンプ233を利用してボイラーに復帰し、従って、水を再使用することができ、生成された熱の一部を再生することができる。本例において、水及び作動媒体としてのスチームが用いられるが、他の流体が用いられ得るということが理解できるだろう。別途の作動流体の代わりに、電解液が作動媒体として用いられ得る。
The
図2Bに示されたように、他の例において、装置100からの加熱された熱伝達媒体が出口125を通して過熱器220に供給され、過熱器では、熱源235によりさらなる熱が加えられ、熱伝達媒体の温度及び圧力を増加させる。それから、熱伝達媒体は、パイプ231を通してタービンと発電機230に流動し、エネルギーが234で供給され得、熱伝達媒体は、凝縮器232で凝縮され、ポンプ236によって前記装置100に復帰する。従って、この例において、熱伝達媒体がタービン230を駆動するための作動媒体として作用できるか、または加熱された電解液が用いられるか、または両者の組み合わせが可能であるということが理解できるだろう。
As shown in FIG. 2B, in another example, a heated heat transfer medium from
図2Aに戻って、前記装置は、一般的に、以下においてさらに詳細に説明するように、電解液キャビティと流体連通するセル入口に接続パイプ241を通して電解液を供給するための貯蔵所240を含む。
Returning to FIG. 2A, the apparatus generally includes a
セル出口114は、接続パイプ251を通して加圧貯蔵容器250及び選択的な圧縮機252に連結され得、従って、水素及び電気分解プロセスにより生成された他の気体生成物をその中に貯蔵することができる。これと関連し、前述した配置がアノードとカソードを分離しないことに留意すべきであり、これは、電解生成物が混合されることを意味する。従って、一例において、電解生成物は、必要に応じて後続して、例えば、燃焼機関、燃料電池などで用いられ得る酸水素(oxyhydrogen)の形態で共に貯蔵される水素と酸素の組み合わせを含む。代案として、酸素と水素は、公知の分離メカニズムを用いて分離でき、従って、酸素と水素は、必要に応じて独立的に使用および/または貯蔵され得る。例えば、電気分解メンブレンを用いてアノードとカソードの分離を不要とすることは、配置を非常に単純化させ、製造コストを顕著に減少させるということが理解できるだろう。
The
一例において、酸素と水素は、過熱器220または代案としては貯蔵所240を加熱するために、例えば、酸素と水素を燃焼させることで要求時に電気を生成するのに用いられ得る。このような構成において、前記装置は、電源により生成されたエネルギーを酸水素の形態で貯蔵した後、要求時にこれを電気に変換させる自立システムが提供されるということが理解できるだろう。
In one example, oxygen and hydrogen can be used to generate electricity on demand, for example, by burning oxygen and hydrogen, to heat
このような配置は、単に、周期的に電気を生成する太陽光発電システムなどの再生エネルギー源と共に用いるに特に適している。例えば、日中の間に、直ちに使用が要求されない過剰電気は、酸素と水素に変換され得、この酸素と水素は、夜のように需要が供給以上に上昇する時に電気にまた変換される。 Such an arrangement is particularly suitable for use with a renewable energy source such as a photovoltaic system that simply generates electricity periodically. For example, excess electricity that is not required for immediate use during the day can be converted to oxygen and hydrogen, which is also converted to electricity when demand rises beyond supply, such as at night.
これから、図3A乃至図3Gを参照して、電気分解装置の第2例について説明するが、図3A乃至図3Gは、外部構成を示し、図4A乃至図4Eは、内部構成を示す。 Now, a second example of the electrolyzer will be described with reference to FIGS. 3A to 3G. FIGS. 3A to 3G show an external configuration, and FIGS. 4A to 4E show an internal configuration.
本例において、装置300は、それぞれカバーとベースとして作用する第1及び第2部分311.1、311.2からなるセルハウジングを有する電解セル310を含む。カバーとベース311.1、311.2は、セルハウジングが圧力容器として作用できるように密封係合し、協働するねじ山、またはさらなる接続ボルトなどの使用のような任意の適切な方式で互いに連結され得る。
In this example, the apparatus 300 includes an
カバーとベース311.1、311.2は、一般的に、典型的な作動圧力に耐えるに十分に強い熱伝導性物質で製造される。一例において、カバーとベース311.1、311.2は、ステンレス鋼で製造されるが、他の適切な材料が用いられ得るということが理解できるだろう。 The cover and base 311.1, 311.2 are generally made of a thermally conductive material that is strong enough to withstand typical operating pressures. In one example, the cover and base 311.1, 311.2 are made of stainless steel, but it will be appreciated that other suitable materials may be used.
ベース311.2は、使用時に電解液を収容する電解液キャビティ312(図示しない)を形成する。カバー311.1は、フランジ314.2で終わる出口パイプ314.1に連結された出口314を含み、従って、図2Aについて前述した加圧貯蔵容器の配置と類似するように、加圧収集システムのような外部装備に出口314が接続され得る。出口314は、カバー311.1を通って延びる通路314.3を介して電解液キャビティ312と流体連通するように設けられる。
Base 311.2 forms an electrolyte cavity 312 (not shown) that accommodates the electrolyte when in use. Cover 311.1 includes an
電解セル310は、電極支持部415により支持される、多数の側方に離隔された実質的にラミナ状電極プレート形態の複数の電極315をさらに含む。電極プレート315は、電気を伝導させることができ、また選択的には電気分解プロセスを促進する触媒効果をもたらすよう作用する任意の適切な材料で製造され得る。従って、電極は、ステンレス鋼、パラジウム、白金、金など、または白金、パラジウム、金などのような元素でメッキされた材料で製造され得る。
The
本例において、電極315は、側方外側に延びる個別ボルト415.1、415.2により電極支持部415に連結され、電極は、リテーニングナット415.3、415.4を利用して定位置に維持され、従って、電極は、必要に応じて、支持部から取出すことができる。支持部415は、支持プレートの形態であり、これは、カバー311.1に連結され、カバーから電気絶縁される。このような配置により、電極315は、電解液キャビティ312内に吊り下げられ、従って、使用時に電極は電解液中に少なくとも部分的に吊り下げられる。そして、支持部415をカバー311.1に連結することによって、カバー取り外した時に電解セルから電極を取出すことができ、これによって、電極を容易に交替または再調整することができる。しかし、他の適切な取り付けの配置が利用され得るということが理解できるだろう。
In this example, the
本例において、電極プレートは、第1及び第2直交方向に延び、サンドイッチ式配置を形成するように第3直交方向に分離される。この例において、交互プレートは、カバー311.1を通って延びる各コネクタ316.1、316.2に接続され、電極が電源に接続され得る。これと関連し、各コネクタ316.1、316.2は、接続部材316.3、316.4を通して他の電極315毎に連結され、隣接した電極315は、図4Eに示されたように、それぞれアノード315.1及びカソード315.2として作用する。従って、このようなプレート電極配置が互いに隣接した多数のアノード及びカソードをもたらし、それらの間に電気分解が起こり得るということが理解できるだろう。
In this example, the electrode plates extend in first and second orthogonal directions and are separated in a third orthogonal direction to form a sandwich arrangement. In this example, alternating plates are connected to each connector 316.1, 316.2 extending through cover 311.1, and the electrodes can be connected to a power source. In this connection, each connector 316.1, 316.2 is connected to every
一例において、電極は、約10cm3の表面積を有し、約0.1〜10mmの距離だけ分離され、さらに一般的には、電解液を通した電極の間の最適な電流の流れを保障しながら、電解液に露出する表面積の量を最大化するに理想的な距離である1.2mmだけ分離され、電気分解プロセスの効率を最大化する。電極は、一般的に、0.2〜20mmの厚さであり、さらに一般的には、1.2mmの厚さである。他の構成が利用され得るということが理解できるだろう。 In one example, the electrodes have a surface area of about 10 cm 3 and are separated by a distance of about 0.1 to 10 mm, and more generally ensure optimal current flow between the electrodes through the electrolyte. However, it is separated by 1.2 mm, which is an ideal distance to maximize the amount of surface area exposed to the electrolyte, maximizing the efficiency of the electrolysis process. The electrode is typically 0.2-20 mm thick, and more typically 1.2 mm thick. It will be appreciated that other configurations can be utilized.
例えば、電気分解プロセスの間に流れる電流が、部分的に電解液の伝導度及び特性により決定されるということが理解できるだろう。従って、電極間の最適な距離は、用いられた電解液の伝導度及び特性、印加電流の大きさなどに部分的に依存する。また、電解セルは、必要な出力と用途によって大きさ調整され得、従って、電極は小型化されるか、または広い個別表面積を有するように大型化され得る。従って、電解セルの大きさを小さくするか、または小型化する場合、電極間の間隔が潜在的に減少し、潜在的にミリメートルの一部だけ小さくなり得る。この間隔が、電極厚さの理由となる。電解セルをさらに大きく構成する場合、それによって、電極間の間隔及び個別電極の厚さが潜在的に増加し得る。従って、間隔は、0.1mm以下に小さくなり得、状況によって数センチメートルまで増加し得る。 For example, it will be appreciated that the current flowing during the electrolysis process is determined in part by the conductivity and properties of the electrolyte. Accordingly, the optimum distance between the electrodes depends in part on the conductivity and characteristics of the electrolyte used, the magnitude of the applied current, and the like. Also, the electrolysis cell can be sized according to the required power and application, and thus the electrodes can be miniaturized or enlarged to have a large individual surface area. Thus, when the size of the electrolysis cell is reduced or miniaturized, the spacing between the electrodes can potentially be reduced and potentially be reduced by a fraction of millimeters. This spacing is the reason for the electrode thickness. If the electrolysis cell is made larger, it can potentially increase the spacing between the electrodes and the thickness of the individual electrodes. Thus, the spacing can be as small as 0.1 mm or less and can increase to several centimeters depending on the situation.
他の例において、電極は、一部の電極間に含まれるか、または一部の電極の部分を覆う表面に塗布されたメンブレンまたは絶縁材料を有して、または有することなく焦電生成特性を最大化するか、または調整するために不均一に離隔され得る。一部の電極は、別途含有のボディの内部に含有され得、従って、この電極は、周囲の電解液と直接接触しないが、周囲の電解液に熱的に連結され、焦電受容体(pyroelectric receptor)として作用する。焦電受容体ボディは、電気的中性ガスまたは含有物質への電気放電を抑制する物質で充填されるか、または任意のガスや空気に疎開(evacuate)され得る。 In other examples, the electrodes have pyroelectric generation characteristics with or without a membrane or insulating material that is included between some electrodes or applied to a surface that covers a portion of some electrodes. Can be non-uniformly spaced to maximize or adjust. Some electrodes may be contained within a separately containing body, so that this electrode is not in direct contact with the surrounding electrolyte, but is thermally coupled to the surrounding electrolyte and pyroelectric receptor. act as a receptor). The pyroelectric receptor body may be filled with an electrical neutral gas or a material that inhibits electrical discharge to the containing material, or evacuated to any gas or air.
焦電物質の一つ以上のボディ(焦電受容体)が、熱伝達媒体キャビティの内部または外部だけでなく、セルキャビティの内部または外部に、または過熱器220などの中に位置し得るということもまた理解できるだろう。複数の焦電受容体が含まれる場合、これらは、均一に離隔されたボディとして配置されるか、または無作為で離隔または分布され得る。不均一な間隔の活用は、焦電効果を向上させることに役立つ。それは、焦電受容体を電解液と熱的に連通するように電極近くまたは周囲に設けるか、または熱伝達媒体と熱的に連通するように熱伝達媒体キャビティ内または周囲に設けることができることが理解できるだろう。
That one or more bodies of pyroelectric material (pyroelectric receptors) may be located not only inside or outside the heat transfer medium cavity, but also inside or outside the cell cavity, or in a
焦電受容体は、並列または直列電気構成や、または任意の並列/直列電気構成で電極と同一の電気回路に接続されるか、または個別電気回路に接続され得、個別電気回路の目的は、電気作業を行うか、または電気エネルギーとして貯蔵されるために、焦電受容体から電位および/または電流を抽出および/または緩和することである。 The pyroelectric receptor can be connected to the same electrical circuit as the electrodes in a parallel or series electrical configuration, or any parallel / series electrical configuration, or can be connected to a separate electrical circuit, Extracting and / or mitigating potential and / or current from pyroelectric receptors to perform electrical work or to be stored as electrical energy.
また、本例において、電極プレート315は、使用時に、電解生成物が出口314まで電極プレートの間を通るように配置される。一例において、これは、電極プレートを実質的に垂直配向で配置することによって達成されるが、他の配置を用いることができるということが理解できるだろう。
Also, in this example, the
本例において、カバー311.1は、断熱キャビティ411をまた形成することができ、断熱キャビティは、断熱材料を含有してカバー311.1を通した熱損失を減少させる。電解液レベルをモニタリングおよび/または制御できるようにするレベル制御ポート318が電解液キャビティ312内に設けることができ、サーモスタットまたは他の温度センサが電解セル内に位置するように感知ポート416を設け、これにより内部の温度をモニタリングすることができる。このことは、効率などをモニタリングすることだけでなく、装置の作動を制御することにも用いられ得る。
In this example, the cover 311.1 can also form a
電解セルは、入口パイプフランジ317.1で終わる入口パイプを含む入口317をまた含み、入口317が電解液貯蔵所と流体連動するように設けられることによって、電解液が必要に応じて電解液キャビティ312に供給されるか、または、対流流動回路またはポンプを通して循環し得る。この例において、入口317は、セルハウジング311の下側に設けられ、圧力下でキャビティ312の底部に電解液が供給され得、これによって、電解液キャビティ312内の圧力を維持することができる。しかし、他の適切な配置を利用できるということが理解できるだろう。
The electrolysis cell also includes an
一例において、電解液貯蔵所は、加熱された電解液を供給して電解セルの温度維持を助けるように設計され、選択的には電解液キャビティ内の熱変化を誘導して、上述した焦電効果を通じて電気エネルギーを生成するように設計される。一例において、電解液は、太陽熱温水システムなどのような太陽熱加熱システムから供給され得る。 In one example, the electrolyte reservoir is designed to supply heated electrolyte to help maintain the temperature of the electrolytic cell, and optionally induce thermal changes in the electrolyte cavity to provide the pyroelectrics described above. Designed to generate electrical energy through effects. In one example, the electrolyte can be supplied from a solar heating system, such as a solar hot water system.
電解セル310は、電解セル310を収容するためのセルキャビティ322を形成する、モジュールハウジング321を有する熱回収モジュール320に取り付けられる。熱回収モジュールは、熱回収媒体を収容する媒体キャビティ323をまた形成する。ハウジング321は、一般的に、一般的な作動圧力に耐えるに十分に強い熱伝導性材料で作製される。一例において、ハウジング321は、ステンレス鋼で製造されるが、他の適切な材料が用いられ得るということが理解できるだろう。
The
媒体キャビティ323は、一般的に、セルキャビティ322の外側に位置する。この例において、媒体キャビティ323は、チューブ形状を有し、セルハウジング311は、略シリンダ形状を有している。従って、前記モジュールハウジング321は、シリンダ状セルキャビティ322及びセルキャビティ322の周囲に実質的に円周方向に延びる環状媒体キャビティ323を形成する略長い環形状を有する。他の配置が用いられ得るということが理解できるが、このような配置は、電解セルが所望の作動温度を維持できるようにし、電解セルから熱伝達媒体への熱伝達の最大化を助ける。
The
この例において、前記装置は、熱回収モジュール320の周囲に延びる絶縁ジャケット340をまた含む。この例示的な配置において、絶縁ジャケットは、ジャケットハウジング341とモジュールハウジング321との間に絶縁キャビティ343を形成するジャケットハウジング341を含み、絶縁キャビティ342は断熱材料を含有して、熱回収モジュール320からの熱損失を減少させる。接続ボルトなどを通してジャケットハウジング341に蓋342が連結され、熱回収モジュールがその中に維持され得る。
In this example, the apparatus also includes an insulating
熱伝達媒体から熱を回収できるように、熱回収モジュール320は、絶縁ジャケットを通って延びるそれぞれの入口、及び出口接続チューブ324.3、324.4、325.5、325.6、325.7、325.8を通して媒体キャビティ323と流体連通する二つの入口324.1、324.2、及び四つの出口325.1、325.2、325.3、325.4を含む。入口324.1、324.2は、媒体キャビティ323の底部に設けられ、出口325.1、325.2、325.3、325.4が媒体キャビティの上部に設けられる。これにより、確実に冷却媒体がキャビティ323の底部に供給されて上部323から除去され、結果、一般に対流過程によりさらに熱くなるか、または適用されたポンプを通して強制される。
In order to be able to recover heat from the heat transfer medium, the heat recovery module 320 has respective inlet and outlet connecting tubes 324.3, 324.4, 325.5, 325.6, 325.7 extending through the insulating jacket. Two inlets 324.1, 324.2 and four outlets 325.1, 325.2, 325.3, 325.4 in fluid communication with the
複数の入口と出口の使用は、様々なおよび/または選択的な感知装置がプロセスを感知、測定および/または制御するために接続され得るようにするか、または電解セル310の過熱を防止するか、最大熱抽出を許容するように、キャビティを通した熱伝達媒体の十分な流動を保障するために接続するのに用いられ得るようにする。他の配置が用いられ得るということが理解できるだろう。これと関連し、媒体キャビティ323を通した熱伝達媒体の流量が、電解セルから熱が抽出される速度を制御するのに用いられ得るので、電解セル310の温度を制御できるということが理解できるだろう。
Does the use of multiple inlets and outlets allow various and / or selective sensing devices to be connected to sense, measure and / or control the process or prevent overheating of the
これから、電気分解装置の他の例を、図5A乃至図5Eを参照して説明する。この例の目的のために、先の例と類似した特徴に200だけ増加した類似した図面符号を使用する。 Now, another example of the electrolysis apparatus will be described with reference to FIGS. 5A to 5E. For the purposes of this example, a similar drawing number increased by 200 to similar features to the previous example will be used.
この例において、装置500は、単一熱回収モジュール内に配置された複数の電解セル510を含む。各電解セル510は、一般的に、前述した電解セル310と類似した形態であり、従って、詳細に説明されない。しかし、各セルが、電解液を収容する電解液キャビティ512、電解生成物を除去するための出口514と出口パイプ514.1、及び代替電解液を供給するための入口517を形成するハウジング511を含むということが理解できるだろう。各電解セル510は、電解液キャビティ内に支持され、コネクタ516に接続された、多数の側方に離隔された実質的にラミナ状電極プレート515を含む。断熱材料、熱井戸(thermal well)、感知ポートなどのようなさらなる特徴部が提供されるが、明確性のために表示していない。
In this example, apparatus 500 includes a plurality of
各電解セル510は、電解セル510を収容するための複数のセルキャビティ522を形成するモジュールハウジング521を有する熱回収モジュール520に取り付けられる。熱回収モジュールは、熱回収媒体が循環できるようにする入口524及び出口525を含む媒体キャビティ523をまた形成する。媒体キャビティ523は、電解セルから熱伝達媒体への熱伝達を最大化するために電解セル510を実質的に囲む。熱回収モジュールの周囲に延びる絶縁ジャケットを設けることができるが、単に、明確性のためにこれを図示しない。
Each
この例において、7個の電解セル510が図示されているが、これは、単に例示の目的であり、制限しようとする意図ではないことが理解できるだろう。従って、共通の熱回収モジュール520に設けられる電解セル510の任意の組み合わせが用いられ得る。
In this example, seven
複数の電解セルを含むこのようなモジュール式構成を用いることで、多数の利点を提供することができる。例えば、電解セルの一部が電解生成物を生成するのに用いられる一方、そのセルの他の一部が必要に応じて過電位の場合を緩衝するロードとして作用できるので、利用可能な全ての電気が電気分解を行うのに用いられることを保障する。 Using such a modular configuration including multiple electrolysis cells can provide a number of advantages. For example, one part of the electrolysis cell can be used to produce electrolysis products, while the other part of the cell can act as a load to buffer overpotential cases as needed, so all available Ensure that electricity is used to perform electrolysis.
そして、電解セルは、電源からの電流の大きさによって選択的に用いられ得る。これによって、利用可能な電流が増加するにつれ、さらなる電解セルが活性化できるので、各セルを最適な電流で作動させることができ、異なる大きさの供給電流を用いることができる。 The electrolytic cell can be selectively used according to the magnitude of the current from the power source. This allows more electrolysis cells to be activated as the available current increases, so that each cell can be operated at an optimal current and a different magnitude of supply current can be used.
他の利点は、電解セルが維持補修を必要とする場合に、例えば、電極が再調整を必要とするなら、個別セルを取り出して修理する一方、他のセルを作動させ続けることができるということである。 Another advantage is that if the electrolysis cell requires maintenance repair, for example if the electrode needs readjustment, the individual cell can be removed and repaired while other cells can continue to operate. It is.
そして、異なる電解セルを順に活性化できるので、他の電解セルに温度変化を誘導することができ、従って、焦電効果の使用を通じてさらなる電気を生成することができる。 Different electrolysis cells can then be activated in sequence, so that temperature changes can be induced in other electrolysis cells, and thus further electricity can be generated through the use of pyroelectric effects.
従って、前述したモジュール式配置が、多数のさらなる利点を提供できるということが理解できるだろう。 Thus, it will be appreciated that the modular arrangement described above can provide a number of additional advantages.
これから、電気分解を行い、熱を生成するための装置の一例を図6を参照して説明する。 An example of an apparatus for performing electrolysis and generating heat will now be described with reference to FIG.
この例において、装置は、使用時に電解液613を収容する電解液キャビティ612を形成するセルハウジング611を含む電解セル610を含む。複数の実質的に平行に離隔された電極プレート615.1、615.2が電解液キャビティ612内に設けられ、電極プレート615は、使用時に電解液613に少なくとも部分的に浸る少なくとも一つのアノード615.1及び少なくとも一つのカソード615.2を形成する。使用時に電源に接続され、電解液613への電流供給を可能にして電気分解を行い、電解液613を加熱する少なくとも二つのコネクタ616.1、616.2が設けられる。
In this example, the apparatus includes an
電解セルは、電解液キャビティ612と流体連通する少なくとも一つのセル出口614、及び電解液キャビティ612と流体連通する少なくとも一つのセル入口617をまた含み、前記少なくとも一つのセル出口は、使用時に熱回収モジュールに連結され、前記少なくとも一つのセル入口は、電解液613が電解液キャビティに供給され得るようにする。
The electrolysis cell also includes at least one cell outlet 614 in fluid communication with the
前述した電解セルは、水、または塩化ナトリウム、塩化カリウム、水酸化ナトリウムのような水性塩または水酸化物の溶液、または十分に強い電場が印加されれば、塩または水酸化物を含有しない標準海水(normal water)のような電解液を電気分解するように作動し、電解生成物を生成する。生成された電解生成物が用いられた電解液に依存することが理解でき、従って、例えば、電解液が水である場合、電解生成物が水素と酸素を含む。 The electrolysis cell described above is water or a solution of an aqueous salt or hydroxide such as sodium chloride, potassium chloride, sodium hydroxide, or a standard that does not contain salt or hydroxide if a sufficiently strong electric field is applied. It operates to electrolyze an electrolyte, such as normal water, producing an electrolysis product. It can be seen that the electrolytic product produced depends on the electrolytic solution used, and thus, for example, when the electrolytic solution is water, the electrolytic product contains hydrogen and oxygen.
そして、電気分解モジュールは熱を生成し、この熱は、電解液を加熱する役割をする。電解液は熱回収モジュールに伝達され、生成された熱が回収され得、作業を行うのに用いられ得る。平行に離隔されたプレートの使用は、電気分解を経る電解液の体積を大きくし、相当な熱の発生につながり、これは、電気分解プロセスの効率または作業を行うために抽出され得る熱の量を増加させるように作動できる。 The electrolysis module generates heat, and this heat serves to heat the electrolyte. The electrolyte can be transferred to the heat recovery module and the generated heat can be recovered and used to perform the work. The use of parallel spaced plates increases the volume of electrolyte undergoing electrolysis and leads to considerable heat generation, which is the amount of heat that can be extracted to perform the efficiency or work of the electrolysis process. Can be operated to increase.
特に、電気分解装置は、例えば、蒸気タービンなどを用いて電気を生成するに十分な熱を生成することができ、また、さらなるエネルギーを生成するために、燃料電池などで要望通り用いられ得る水素と酸素を生成することができ、または、熱は、プロセスで変換なしに用いられ得る。従って、これは、太陽電池などのような様々な根源からのエネルギーが電解生成物に変換され得るようにし、電解生成物は、必要に応じて、例えば、さらに即刻の使用のために熱を発生させることだけではなく、要求時に電気を生成することにも用いられ得る。 In particular, the electrolyzer can generate sufficient heat to generate electricity using, for example, a steam turbine, etc., and hydrogen that can be used as desired in a fuel cell or the like to generate additional energy. And oxygen can be produced, or heat can be used in the process without conversion. Thus, this allows energy from various sources such as solar cells to be converted into electrolysis products, which generate heat, for example, for immediate use as needed. It can also be used to generate electricity on demand.
均一に離隔され、交互式で接続された電極から構成された電解セルが、多数の因子によって具体的な特性を示すということをまた見出し、これは、適切な作動パラメータの選択がシステムの効率に影響を及ぼし得るということを意味する。 It has also been found that electrolysis cells composed of uniformly spaced and alternately connected electrodes exhibit specific characteristics due to a number of factors, which means that the selection of the appropriate operating parameters can contribute to the efficiency of the system. It means that it can have an influence.
例えば、そのようなセルが電源から引き込む電流は、電解液比伝導率、電解液温度、及び組み合わせられた総電極表面積の関数である。従って、
・IC−セル電流、
・A−電極表面積、
・TE−電解液温度、
・CE−電解液伝導度、
・H−電極高さ、
・W−電極幅、
・n−電極の個数。
For example, the current that such a cell draws from a power source is a function of the electrolyte specific conductivity, the electrolyte temperature, and the combined total electrode surface area. Therefore,
IC-cell current,
A-electrode surface area,
-TE -electrolyte temperature,
-C E -electrolyte conductivity,
・ H-electrode height,
・ W-electrode width,
The number of n-electrodes.
従って、セル電流は、次のとおりである。
IC=f(A,TE,CE)
ここで、Aは、電極高さ、電極の幅と個数の関数である(A=f(H,W,n))
Accordingly, the cell current is as follows.
IC = f (A, T E , C E )
Here, A is a function of electrode height, electrode width and number (A = f (H, W, n)).
電気分解の間に十分に大きな電場がアノードとカソードとの間に存在すれば、水分子から遊離された水素イオンのような正イオンがアノードとカソードとの間に生成された電場によりカソードに向かって輸送される。また、電位を増加させると、イオンが遊離され、輸送される速度を増加させることができる。 If a sufficiently large electric field exists between the anode and cathode during electrolysis, positive ions such as hydrogen ions liberated from water molecules are directed toward the cathode by the electric field generated between the anode and cathode. Transported. Also, increasing the potential can increase the rate at which ions are liberated and transported.
このような水素イオンの解離速度が、水素イオンがカソードからの電子または隣接した水素イオンと再結合してカソードで水素を形成する速度よりさらに速いと、百分率は、カソード結晶構造にロードし始めるか、および/または、カソードでポジティブスキン型(skin−like)障壁を形成し始める。その結果、カソードの近傍に存在する水素イオンは、強いクーロン障壁を示し、これは、接近する正イオンが弾性衝突して反発し、この正イオンが近づいてくる他のイオンと衝突することとなることを意味する。このような衝突の結果として、電解液内のエネルギー放出が発生し、電解液の加熱が引き起こされる。 If the dissociation rate of such hydrogen ions is even faster than the rate at which hydrogen ions recombine with electrons from the cathode or adjacent hydrogen ions to form hydrogen at the cathode, the percentage begins to load into the cathode crystal structure. And / or begin to form a positive skin-like barrier at the cathode. As a result, the hydrogen ions present in the vicinity of the cathode exhibit a strong Coulomb barrier, which is repelled by elastic collision of approaching positive ions and collides with other ions approaching the positive ions. Means that. As a result of such a collision, energy release in the electrolytic solution occurs and heating of the electrolytic solution is caused.
このような条件が発生するためには、電流密度だけでなく、電場の強度が十分高くなければならない。従って、低い電流密度では、正イオンが結合して水素分子を形成する速度が、カソード近傍で水素イオンが電解液から遊離されて電解液から除去される速度を超えるか、または平衡になり、クーロン障壁の形成を防止する。そして、小さな印加電場では、接近する水素イオンの速度が弾性衝突をするには低すぎる。その代わりに、近づいてくる陽子は、カソードに接近するにつれて単に遅くなり、結合して水素ガス分子を形成するに十分に低い速度に達する。 In order for such a condition to occur, not only the current density but also the strength of the electric field must be sufficiently high. Thus, at low current densities, the rate at which positive ions combine to form hydrogen molecules exceeds the rate at which hydrogen ions are liberated from the electrolyte and removed from the electrolyte near the cathode, or equilibrate and the Coulomb is Prevent the formation of barriers. And with a small applied electric field, the velocity of the approaching hydrogen ions is too low for an elastic collision. Instead, approaching protons are only slowed as they approach the cathode, reaching a sufficiently low rate to combine to form hydrogen gas molecules.
従って、印加された電場が十分に高ければ、水素イオンの場合に本質的に陽子であるそれぞれの加速されたイオンの運動量は、分子を形成するように近くの電子及び他のイオンと結合するために吸収され得るものよりさらに高く、説明されたように効果的に弾性衝突を経験し、それぞれの衝突は、運動エネルギーの一部を熱に変換させる。 Thus, if the applied electric field is high enough, the momentum of each accelerated ion, which is essentially a proton in the case of hydrogen ions, will combine with nearby electrons and other ions to form molecules. Higher than what can be absorbed into, effectively experiencing elastic collisions as described, each collision converting some of the kinetic energy into heat.
水素イオン(陽子)の衝突は、特定の条件下で、陽子がアノードで正電荷障壁を克服してアノード表面の原子と実際に衝突するに十分な運動量でアノードに向かって加速されるようにするに十分高い。いくつかの場合には、水素イオンがアノードの格子構造を貫通してアノードの内部構造の原子と衝突するか、または、さらにアノードを通過して反対側に出て、その結果、運動エネルギーの相当の量が熱に変換される。このとき、高い局部的な熱の領域がアノード格子の表面および/または内部に形成され、アノードに物理的な損傷を引き起こす。このような損傷はアノードの分解につながり、電解液内に沈殿物が形成される。 Hydrogen ion (proton) collisions cause the protons to accelerate toward the anode with a momentum sufficient to overcome the positive charge barrier at the anode and actually collide with atoms on the anode surface under certain conditions. High enough. In some cases, hydrogen ions penetrate the lattice structure of the anode and collide with atoms of the internal structure of the anode, or further pass through the anode and exit to the opposite side, resulting in a kinetic energy equivalent. Is converted to heat. At this time, regions of high local heat are formed on and / or within the anode grid, causing physical damage to the anode. Such damage leads to decomposition of the anode and the formation of precipitates in the electrolyte.
アノード−カソード並列アレイで外部アノードの外部表面近くの開発された温度の行われた高速温度測定は、特定の高い電流密度及び高い印加電場の条件下で、また一般的に作動時間後に、またセルが十分に高い温度に達したら、外部アノード近くで発生する高周波温度変動を示す。 Rapid temperature measurements made of developed temperatures near the external surface of the external anode in an anode-cathode parallel array can be performed under conditions of specific high current density and high applied electric field, and generally after operating time, and also in the cell When the temperature reaches a sufficiently high temperature, it shows high-frequency temperature fluctuations that occur near the external anode.
衝突とイオン輸送が、低エネルギー核反応のようなさらなる相互作用を招き、電解セルの加熱機能をさらに強化できるということもまた明らかである。 It is also clear that collisions and ion transport can lead to further interactions such as low energy nuclear reactions and further enhance the heating function of the electrolysis cell.
これと関連し、前述したように構成された電解セルの作動は、電極内および/または近傍のヒートスパイク(heat spikes)により例示される熱的イベント(thermal events)につながり、従って、電解液温度につながる。このような熱的イベントの一部が、電解セルに由来する逆EMFの形態で電位の発生を引き起こすということもまた確認された。一例において、この逆EMFの効果を緩和するために、低インピーダンスサージアレスタが電解セル端子にわたって接続され得、開発された電気的サージを高容量低インピーダンスロードに転換させ、これは、図2の例で前述したものと類似したロード及びトリガー回路の形態であってよい。これは、電源だけでなく、電子測定及び制御装置の損傷を防止するのに用いられ得、および/または、作業を行うか、または後からの使用のために貯蔵するために開発された電気エネルギーを抽出するのに用いられ得る。 In this context, the operation of the electrolysis cell configured as described above leads to thermal events exemplified by heat spikes in and / or in the vicinity of the electrodes, and thus the electrolyte temperature. Leads to. It has also been confirmed that some of these thermal events cause the generation of potential in the form of back EMF derived from the electrolysis cell. In one example, to mitigate the effects of this back EMF, a low impedance surge arrester can be connected across the electrolytic cell terminals to convert the developed electrical surge to a high capacity, low impedance load, which is the example of FIG. It may be in the form of a load and trigger circuit similar to that described above. This can be used to prevent damage to electronic measurement and control devices as well as power supplies and / or electrical energy developed to perform work or store for later use Can be used to extract.
以上の内容に基づいて、適切な条件下でのセル作動で、電解セルの出力性能が、下記の結果として起こる過剰な熱及びガス開発で強化されるということが明らかである。
・他の陽子、分子及び電極原子との陽子衝突、
・印加された十分に高い電場による陽子加速、
・衝突が起こった時に熱に変換される運動エネルギー。
Based on the foregoing, it is clear that with cell operation under appropriate conditions, the output performance of the electrolysis cell is enhanced with excessive heat and gas development resulting from:
Proton collisions with other protons, molecules and electrode atoms,
Proton acceleration by a sufficiently high electric field applied,
• Kinetic energy converted to heat when a collision occurs.
分析は、各セルにより生成された電力が電極の表面積、印加電流、電圧に比例し、電極間の距離に反比例して、セルの出力電力が下記のように与えられるということを示す。
[式1]
ここで、Pは、セルの出力電力、
Aは、電極表面積、
Iは、セルを通した電流、
Vは、セルにわたった電位、また、
dは、電極間の間隔である。
The analysis shows that the power generated by each cell is proportional to the electrode surface area, applied current, voltage, and inversely proportional to the distance between the electrodes, and the cell output power is given by:
[Formula 1]
Where P is the output power of the cell,
A is the electrode surface area,
I is the current through the cell,
V is the potential across the cell, and
d is the distance between the electrodes.
また、それぞれの物理的セル構造が、セルとシステムの熱伝達効率と構成、正常状態作動温度(セル内部と伝達流体作業圧力及び特定の熱伝達係数、電極材料、電極厚さ、及びセルとシステム断熱効率に依存する)に依存する特定の性能係数を有するということが理解できるだろう。性能係数は、セル電流、印加されたセル電位、電極間隔のような特定の作動パラメータが変化する実験に対して確認された出力及び対照実験に基づいて、それぞれの構成に対して実験的に決定され得る。 In addition, each physical cell structure is responsible for the heat transfer efficiency and configuration of the cell and system, normal operating temperature (cell internal and transfer fluid working pressure and specific heat transfer coefficient, electrode material, electrode thickness, and cell and system It will be understood that it has a specific performance factor that depends on (depending on the adiabatic efficiency). The figure of merit is determined experimentally for each configuration based on power and control experiments identified for experiments where specific operating parameters such as cell current, applied cell potential, and electrode spacing vary. Can be done.
いずれにしても、これより、印加された電流の電位が電解セルにより開発された出力電力に大きな影響を及ぼすということと、印加された電位を増加させると、作動効率を大きく増加させることができるということが明らかである。これと関連し、これは、印加された電位が電気分解を行うに十分で、かつ抵抗損失を避けるために最小化されなければならないと理解されてきた従来の技術と対比される。 In any case, this can greatly increase the operating efficiency if the potential of the applied current has a large effect on the output power developed by the electrolysis cell and increasing the applied potential. It is clear that. In this context, this contrasts with conventional techniques that have been understood that the applied potential is sufficient to perform electrolysis and must be minimized to avoid resistive losses.
その結果、従来、水の電気分解は、1.45V以下より高い印加電圧で行われるのに対し、前記装置は、一般的にさらに高い電圧、例えば、少なくとも5V、少なくとも10V、また、さらに一般的には10〜25V、さらには、より高い電圧で作動するようになっている。これは、例えば、加速されたイオンの他の原子やイオンとの衝突(これは、加熱及び作動効率の増加につながる)によって、強化された熱効果を引き起こすことができる。 As a result, water electrolysis is conventionally performed at an applied voltage higher than 1.45V or less, whereas the device generally has a higher voltage, eg, at least 5V, at least 10V, and more generally. 10 to 25V, and even higher voltages. This can cause enhanced thermal effects, for example by collisions of accelerated ions with other atoms and ions, which leads to increased heating and operating efficiency.
いくつかの状況において、電位が電極間にアークを発生させて電極の短絡を招き得る電解液の電気的ブレークダウン電位を超えないことが好ましい。この最大作動電位は、一般的に、電解液の特性及び電極の大きさと間隔のような因子に依存する。従って、電位は、100V未満、80V未満、さらに一般的には60V未満である。しかし、これは必須ではなく、好ましい具現に依存し、従って、例えば、いくつかの配置ではアーク発生が有利であることもある。 In some situations, it is preferred that the potential not exceed the electrical breakdown potential of the electrolyte that can cause an arc between the electrodes, resulting in a short circuit of the electrodes. This maximum working potential is generally dependent on factors such as electrolyte characteristics and electrode size and spacing. Thus, the potential is less than 100V, less than 80V, and more typically less than 60V. However, this is not essential and depends on the preferred implementation, so for example, in some arrangements arcing may be advantageous.
印加電位と隣接したアノードとカソードとの間の間隔の関数である印加電場強度は、有効イオン加速を起こす程に十分高くなければならない。一般的に、前記装置は、1メートル当たり少なくとも3000ボルト、1メートル当たり少なくとも12000ボルト、さらに一般的に、1メートル当たり少なくとも24000ボルト以上の印加電場で作動する。 The applied field strength, which is a function of the applied potential and the spacing between the adjacent anode and cathode, must be high enough to cause effective ion acceleration. Generally, the device operates with an applied electric field of at least 3000 volts per meter, at least 12000 volts per meter, and more typically at least 24000 volts per meter.
電解セルの作動電流密度は、電解液の伝導度及び特性に依存する電解セルの比抵抗だけでなく、電極の表面積と間隔及び作動温度に依存する。従って、セルと用いられた電解液の物理的構成は、電源の能力にふさわしく、また好ましい作動電位が達成されることを保障するように選択されるか、または、逆に、電源がセルに合わせられるか、または特定の出力のために設計される。しかし、一般的に、電解セルは、1平方メートル当たり少なくとも500A、1平方メートル当たり少なくとも1000A、さらに一般的には、1平方メートル当たり約3000A以上の電流密度で作動する。 The operating current density of an electrolytic cell depends not only on the specific resistance of the electrolytic cell depending on the conductivity and characteristics of the electrolyte, but also on the surface area and spacing of the electrodes and the operating temperature. Therefore, the physical configuration of the electrolyte used with the cell is appropriate to the capability of the power source and is selected to ensure that the preferred operating potential is achieved, or conversely, the power source is matched to the cell. Or designed for specific output. In general, however, electrolysis cells operate at a current density of at least 500 A per square meter, at least 1000 A per square meter, and more typically greater than about 3000 A per square meter.
一例において、電極プレート615は、0.1mmと10mmとの間、1.8mmと2mmとの間、また2mmと5mmとの間の少なくとも一つの距離だけ分離される。また、アノード電極の厚さがカソード電極の厚さと同一または異なり、任意の適切な厚さが用いられ得るが、電極プレートは、一般的に、0.1mm〜10mm、1mm〜2mm、2mm〜5mmの厚さを有する。
In one example, the
一般的に、一部のアノード材料の場合、アノードは、電気分解プロセスの間に腐食および/または退化を経て、アノード体積が減少し得る。従って、一例において、アノードはカソードよりさらに厚く、以下においてさらに詳細に説明されるように、容易に交替可能に設計され得る。 In general, for some anode materials, the anode can undergo corrosion and / or degradation during the electrolysis process, resulting in a decrease in anode volume. Thus, in one example, the anode is thicker than the cathode and can be designed to be easily interchangeable as described in more detail below.
電極は、好ましい具現によって任意の適切な材料で形成され得る。一例において、電極は、遷移金属を含み、さらに具体的には、26−28、44−46または76−78の原子番号を有する遷移金属(例:鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムまたは白金)を含む。金属は、純粋であるか、または、代案としてはステンレス鋼などのような合金の形態で他の元素と結合され得る。 The electrode may be formed of any suitable material according to a preferred implementation. In one example, the electrode comprises a transition metal, more specifically a transition metal having an atomic number of 26-28, 44-46 or 76-78 (eg, iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, Osmium, iridium or platinum). The metal can be pure or alternatively can be combined with other elements in the form of an alloy such as stainless steel.
また、電解セルは、焦電物質だけでなく、異種金属を含み、焦電効果、ゼーベック効果などのような熱電効果を通じてさらなる電流を生成することができる。 In addition, the electrolytic cell includes not only a pyroelectric material but also a dissimilar metal, and can generate further current through a thermoelectric effect such as a pyroelectric effect or a Seebeck effect.
また、一例において、電解セルの作動温度が高くなるほど、その作動がさらに効果的になり、特に、回収された熱で行えることがさらに多くなる。作動温度は、一般的に、セル作動圧力で電解液の沸点により制限され、セルが大気圧で作動できるようにすると、作動温度が制限される。従って、電解セルは、典型的に電解液の沸点、従って、作動温度を増加させることができるように圧力容器として作動する。それゆえ、一例において、作動温度は、少なくとも60℃、少なくとも80℃、さらに一般的には、少なくとも100℃、好ましくは、少なくとも120℃またはそれ以上である。 Also, in one example, the higher the operating temperature of the electrolysis cell, the more effective the operation, and in particular, more can be done with the recovered heat. The operating temperature is typically limited by the boiling point of the electrolyte at the cell operating pressure, and allowing the cell to operate at atmospheric pressure limits the operating temperature. Thus, the electrolysis cell typically operates as a pressure vessel so that the boiling point of the electrolyte and thus the operating temperature can be increased. Thus, in one example, the operating temperature is at least 60 ° C., at least 80 ° C., more generally at least 100 ° C., preferably at least 120 ° C. or higher.
しかし、前記値は、単に、例示の目的のためのものであり、制限しようとするものではないことが理解できるだろう。これと関連し、上記において既に議論したように、このような電解セルから出力される電力は、電極の物理的寸法、電極の個数、電極にわたって印加された電場及び電極間で得られた電流密度に比例する。そして、印加された電場は、電極間の距離及び印加された電位に依存し、得られた電流密度は、電解液の組成及び伝導度だけでなく、印加電流及び電極の総表面積に依存する。従って、このようなパラメータの比が、マイクロバージョンから非常に大きく極度に強力なセルまで、そのようなセルの効果的な大きさ調整(scaling)を可能にする。 However, it will be understood that the values are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting. In this connection, as already discussed above, the power output from such an electrolysis cell depends on the physical dimensions of the electrodes, the number of electrodes, the electric field applied across the electrodes and the current density obtained between the electrodes. Is proportional to The applied electric field depends on the distance between the electrodes and the applied potential, and the obtained current density depends not only on the composition and conductivity of the electrolyte, but also on the applied current and the total surface area of the electrodes. Thus, the ratio of such parameters allows effective scaling of such cells from micro versions to very large and extremely powerful cells.
セルの大きさ調整は、(拡大または縮小する時に)セルの特定の物理的な大きさで達成され得る電極の個数、電極の表面積、電極の厚さ、電極間の間隔のような特定の物理的な構成上の限界を受けるということが理解できるだろう。 Cell sizing is a specific physical (such as the number of electrodes, electrode surface area, electrode thickness, spacing between electrodes) that can be achieved with a specific physical size of the cell (when scaling up or down). You will understand that it is subject to typical structural limitations.
一例として、数百メガワットで出力される電力を伝達できるセルを構成することができ、そのようにするにあたって、広い表面積の非常に厚い電極が要求されることもあり、これは、自立型になるように電極材料の機械的強度によって支配される。さらに、このような大型電極は、さらに離隔されなければならず、従って、最小の所望の電場強度を達成するために遥かに高い印加電位を必要とする。同様に、十分に高い電流密度を達成するために十分に高いセル電流が要求される。これは、所望の大きさのセルに対して所望の出力電力を達成するように全てのパラメータが合理的に大きさ調整できるナノサイクルまでの小型化にも適用される。 As an example, a cell capable of transmitting power output at several hundred megawatts can be constructed, and in doing so a very thick electrode with a large surface area may be required, which becomes self-supporting Is governed by the mechanical strength of the electrode material. In addition, such large electrodes must be further spaced apart, thus requiring a much higher applied potential to achieve the minimum desired field strength. Similarly, a sufficiently high cell current is required to achieve a sufficiently high current density. This also applies to miniaturization down to nanocycles where all parameters can be reasonably sized to achieve a desired output power for a desired size cell.
従って、上記において提供された例の値は、ベンチトップ(bench−top)試験に適した1kWデバイスを反映しようとするものであることが理解できるだろう。しかし、この値が、さらに大きな、またはさらに小さな規模のデバイスを生産する時にかなり大きさ調整されなければならず、従って、この値は、制限的なものと考えられてはならない。 Thus, it will be appreciated that the example values provided above are intended to reflect a 1 kW device suitable for bench-top testing. However, this value must be scaled considerably when producing larger or smaller scale devices, and therefore this value should not be considered limiting.
一例において、入口617は、電解液が電解液キャビティ及び熱回収モジュールを通して再循環するように熱回収モジュールに連結される。しかし、これは、必須ではなく、貯蔵所などから電解液キャビティに新たな電解液を供給できるような他の配置が用いられ得る。
In one example, the
入口617と出口614は、電解液キャビティ612に供給された電解液が電極プレート615の間を流れるように配置されてもよい。一例において、これは、キャビティ内に流入する電解液が直接電極プレートの間を流れるように電極プレート615の縁端部に対面する電気分解キャビティ612の対向側に配置された入口と出口617、614を設けることで実施される。これは、電極プレートの間の電解液の流動を維持し、電極表面への腐食及び他の生成物のような汚染物質の蓄積を防止するのに役立ち、また電気分解プロセスの効率を向上させるのに役立つ。
The
一特定例において、入口617と出口614は、セルハウジングの上端部と下端部にそれぞれ配置され、電極プレート615は、電極キャビティ612内に実質的に垂直に整列され、実質的に水平に離隔される。この場合に、電解液は加熱されるとき、電解液キャビティに向かって上昇する傾向にあるので、電極システム内の対流が電極プレート615の間の電解液流動をさらに強化することができる。
In one particular example, the
電極プレート615は、一般的にラミナ状であるが、代案としては、曲線状、シリンダ状、波状であってよく、一般的に、電気分解が行われるように実質的に平行に離間した表面を提供する限り、任意の形状が用いられ得る。
The
一般的に、少なくとも二つのコネクタは、隣接プレートが使用時にアノードとカソードとして作用するように電極プレートに電気接続される。一特定例において、各カソードが二つのアノード間に位置するように奇数の電極が設けられ、これにより、電解生成物及び熱のいずれにおいてもセルの出力及び全体効率をさらに強化することができる。 In general, at least two connectors are electrically connected to the electrode plate such that adjacent plates act as anodes and cathodes in use. In one particular example, an odd number of electrodes is provided such that each cathode is located between two anodes, which can further enhance cell output and overall efficiency for both electrolytic products and heat.
一例において、セルハウジングは、開口部、及び電極プレートの少なくとも一部が電解液キャビティ612から取出せるように開口部に取外し可能に取り付けられるカバーを含む。一例において、前記装置は、電極支持部を含み、電極は、使用時に電極が少なくとも部分的に電解液に浸るように電極支持部に連結され、支持部は、アノードのような電極の少なくとも一部が電解液キャビティから取出せるようにカバーに連結される。
In one example, the cell housing includes an opening and a cover that is removably attached to the opening such that at least a portion of the electrode plate can be removed from the
図7を参照して、さらに詳細に説明されるように、電解セルは、一般的に、熱回収モジュール、凝縮器、ガス貯蔵容器及び制御システムと共に作動する。 As will be described in more detail with reference to FIG. 7, the electrolysis cell generally operates with a heat recovery module, a condenser, a gas storage vessel and a control system.
この例において、電解セル610は、出口導管721を通して熱回収モジュール720に接続される。熱回収モジュール720は、図2について前述したものと類似した方式で、一般的に、熱交換器に接続される熱交換器流出パイプ731を含む熱交換器を含む。
In this example,
熱回収モジュール出口パイプ723は、電解液が熱回収モジュール720を通して循環できるように電解セル入口まで延びる。熱回収モジュール出口パイプ723は、強制された再循環のためのポンプ722を含むことができるが、代案としては、例えば、熱回収モジュール720と電解セル610の適切な相対位置による対流過程を通して起こることもある。ポンプ722が用いられる場合、ポンプは、例えば、電解液の温度に基づいて電解液の流量を制御できるようにする電子制御器(図示しない)を通して制御され得る。これより、制御器が、例えば、電解液キャビティ612内に電解液と熱的に連通するように設けられたポンプ及び温度センサに連結され得るので、電解液温度に基づいて流量を制御するか、またはポンプ前または後の制御されるバルブにより電解セル610を通過する流動を制限することができるということが理解できるだろう。
The heat recovery module outlet pipe 723 extends to the electrolytic cell inlet so that the electrolyte can circulate through the
ポンプ722の使用は、電極615の間の電解液の流動をさらに向上させて電極615の表面を腐食生成物のような汚染物質なしに維持することを保障できる最小の流量を維持するのにまた用いられ得る。
The use of
熱回収モジュール720は、ガス出口パイプ751及び選択的な圧縮機752を通して少なくとも一つの貯蔵容器750にまた接続され、貯蔵容器は、水素及び酸素のような電解生成物を混合または予備分離された生成物として貯蔵する役割をすることができる。
The
電解セル610は、太陽電池板、風力タービンなどのような再生可能または可変エネルギー源または電気グリッドまたは熱機関と発電機の組み合わせのコンセントのような他の形態の従来の電気電源であってよい電源700にまた連結される。コネクタ716及び電源700に電気的に連結されたトリガー回路710が設けられ、トリガー回路710は、電源をロード712に選択的に接続させるのに用いられるスイッチ711に連結される。トリガー回路710は、一般的に、アノード−カソード連結部にわたった電流の流れおよび/または電位を感知するためのセンサ、及び感知された電流および/または電位によってスイッチ711を制御するためのマイクロコントローラのような電気制御器を含む。図2の例のように、配置は、トリガー回路710が必要に応じて電解セル610を通した電流流動または電位を検出し、ロード712を通して電流を転換させるスイッチ711を選択的に作動させることができるようにする。
The
この例において、電気分解により発生する熱は、電解液を沸騰させてスチームのような蒸発した電解液を生成するに十分である。スチームは、蒸発した電解液を凝縮させる凝縮器として作用する熱回収モジュール720に伝達され、これをまた電解セル610内にポンピングされ得るようにする。熱回収モジュール720は、水素と酸素のような気体電解生成物から蒸発した電解液を分離するための分離器としてまた作用できる。
In this example, the heat generated by electrolysis is sufficient to boil the electrolyte to produce an evaporated electrolyte such as steam. The steam is transferred to a
一例において、熱回収モジュール720は、熱交換器を含み、熱交換器を通して、水のような熱伝達媒体が流れ、熱が電解液から回収され得る。これによって、蒸発した電解液が凝縮でき、回収された熱を用いて作業を行うことができる。従って、熱伝達媒体は、熱交換出口パイプ731を通して、電気を生成するか、または作業を行うことのできる熱機関、または他の類似したシステムに供給され得る一方、分離された気体電解生成物は、全部または一部の貯蔵のために回収モジュール720から除去されるか、または熱伝達媒体の熱を強化するように燃焼プロセスを通して直ちに用いられる。
In one example, the
熱伝達媒体を用いる場合、電解液キャビティ内の圧力が熱の回収を向上させるために、熱交換器の圧力より高くなければならない。代案としては、同じ圧力で電解液よりさらに低い沸点を有する熱伝達媒体が選択され得る。 When using a heat transfer medium, the pressure in the electrolyte cavity must be higher than the pressure in the heat exchanger in order to improve heat recovery. As an alternative, a heat transfer medium can be selected that has a lower boiling point than the electrolyte at the same pressure.
代案としては、熱回収モジュール720は、電解液から熱を凝縮または抽出しながら動力を生成するための熱機関の形態であるため、熱が作業に変換される時に蒸発した電解液の冷却は、蒸発した電解液の凝縮が起こるに実質的に十分である。熱機関は、熱抽出/凝縮を補助するだけでなく、そのようにしながら作業を行うために熱回収ユニットの前に位置し得る。
As an alternative, the
これから、図8A−8ZAを参照して、電解セルの具体的な例について説明する。 A specific example of the electrolysis cell will now be described with reference to FIGS. 8A-8ZA.
本例において、電解セル800は、大体正方形断面を有する中空電解セルボディ811を含み、セルボディは、その対向開放端部にセルフランジ812、813を含む。ボディ811の下面と上面には、それぞれ入口817と出口814が設けられる。端部フランジ812には、スペーサ815を介して環状カバー取り付けプレート816が端部フランジから離隔されるように連結され、カバー取り付けプレート816は、開口部816.1に取り付けられるリテーニングネジ816.2を通して定位置に維持される。取り付けナット813.1が端部フランジ813に連結されるか、または816、815及び812の外部リムに溶接により機械的に取り付けられ得る。
In this example, the
電解セル800は、平行な離隔配置でアノード821.1、821.2、821.3及びカソード831.1、831.2をそれぞれ支持するためのアノード及びカソードアセンブリ取り付け部820、830をさらに含む。
The
アノードアセンブリ取り付け部820は、大体U字形アノードリテーナブラケット822及びカバー827を支持するアノード取り付けボディ826を含む。使用時に、アノード取り付けボディ826は、フランジ812を通してキャビティボディ810の開放端部に挿入され、取り付けボディは、シール840を通してフランジ812またはボディ810と密封係合する。カバー827は、カバー827の細長型開口部827.3を通って延びるボルト827.2を通して取り付けボディに連結され、カバー827の相手回転運動を許容する。カバー827は、アノード取り付けボディ826から外側にはね829によりさらに偏向する。
The
カバー827は、ハンドル828、及びカバー827の外周部周囲に円周方向に離隔された多数の取り付けラグ827.1を含む。スペーサ815及びカバー取り付けプレート816は、使用時にカバー827のラグ827.1を収容する対応リセス815.1、816.1を含み、カバー827が回転でき、従って、ラグ827.1がカバー取り付けプレート816の内部表面に噛み合って、カバー827を定位置に維持し、アノード取り付けボディ826をキャビティ開口内に偏向させ、シール840を通して密封する。このプロセスの間、アノード取り付けボディ826のリセス826.1がセルボディ811の止めピン818.1と整列され、これによってアノード取り付けボディ826をボディへの挿入の間に所望の配向に維持する。
The
第1及び第2アノード端部スペーサ823、824がアノードリテーナブラケット822の対向端部に取り付けられ、端部スペーサ823は、互いに向かい合う実質的に平行な離隔リセス823.1、823.2、823.3、824.1、824.2、824.3を含み、アノード821.1、821.2、821.3がその中に取り付けられ得る。第2端部スペーサ824は、カソード831.1、831.2を摺動可能に収容することのできる開口部824.11及び824.31を含み、アノードリテーナブラケット822がアノード取り付けボディ826に連結され、アノードリテーナボディ826をセルボディ811から取り外すとき、カソード831.1、831.2をセルキャビティに維持しながら、アノードを容易に抽出及び交替することができる。
First and second
アノードリテーナブラケット822は、U字形部分から第1端部スペーサ823の開口部823.4を通って延びる切り欠き822.21、822.22、822.23を含み、アノード821.1、821.2、821.3に噛み合い、このアノードをアノードリテーナブラケット822に電気的に連結させる。また、U字形部分から延びる取り付けリップ822.1が使用時にアノード821.1、821.2、821.3を支持するように作動する。
The
アノードリテーナブラケット822は、アノードコネクタ825.1を含み、アノードコネクタは、セルボディ811に挿入される時にカソード取り付けボディ834に取り付けられた対応アノードコネクタ835.1と係合して電気的に連結され、アノードに外部的に電気接続する。
The
カソード取り付けアセンブリ830は、カソード取り付けボディ834を含み、カソード取り付けボディは、使用時にセルフランジ813を通してセルボディ811の開放端部に挿入され、取り付けナット813.1を用いて、シール850を用いてフランジ813またはセルボディ811と密封噛み合いで固定される。カソード取り付けボディ834は、セルボディ811で止めピン818.2と噛み合うためのリセス834.1を含み、セルボディ811に対してカソード取り付けボディ834を整列させる。カソード取り付けボディ834は、カソード取り付けボディ834から平行に離隔されて突出するカソード831.1、831.2を支持する。カソード831.1、831.2は、カソードに電気接続されるようにコネクタボルト832.1、832.2に電気的に連結される。
The
使用時に、カバー827及びカバー取り付けプレート816の選択的な噛み合い及び噛み合い解除によりアノードアセンブリ取り付け部820がセルボディ811に挿入され、セルボディから取り外される間、カソードアセンブリ取り付け部830は、セルボディ811に固定され、これによってアノードを交替することができる。
In use, the cathode
これから、図9A乃至図9Gを参照して、図8Aの電解セルを含む発熱装置の一例について説明する。 Now, an example of a heat generating device including the electrolytic cell of FIG. 8A will be described with reference to FIGS. 9A to 9G.
この例において、装置900は、使用時に電解セル800を含む電解セルジャケット910を含む。蒸発した電解液を凝縮させ、これを水素及び酸素のような電解生成物から分離するために、組み合わせられた凝縮器/分離器920が設けられる。電解セル800に供給される前の電解液を維持するために、電解液維持タンク930が設けられる。
In this example,
さらに詳細には、電解セルジャケット910は、ジャケットキャビティ912を形成するシリンダ状ボディ911を含み、その中に電解セル800が位置する。ジャケットキャビティ912は、熱伝達媒体を収容するのに用いられ、熱伝達媒体は、凝縮器/分離器920に供給される前に予熱され得る。
More specifically, the
凝縮器/分離器920は、外側凝縮器/分離器ボディ921及び内側凝縮器/分離器ボディ922を含む。この例において、外側及び内側凝縮器/分離器ボディ921、922は、一般的にシリンダ状であり、同軸に位置して、シリンダ状内側凝縮器/分離器キャビティ924及びその周囲の延びる環状外側凝縮器/分離器キャビティ923を形成する。内側凝縮器/分離器キャビティ924は、多数の凝縮プレート926を支持するための凝縮プレート支持部925を含み、凝縮プレート支持部925は、支持フット(supporting foot)927により定位置に維持される。それぞれの凝縮プレート926は、以下においてさらに詳細に説明するように、支持部925を収容するための中央開口部926.1、及び外周縁部の下側及び上側ノッチ926.2、926.3を含む。凝縮器/分離器ボディ921は、以下においてさらに詳細に説明するように、電解生成物及び電解液パイプのための開口部921.3、921.4、921.5、912.6を含む端部プレート921.1、921.2を含む。
The condenser /
維持タンク930は、外側維持タンクボディ931及び内側維持タンクボディ932を含む。内側及び外側維持タンクボディ931、932は、大体シリンダ状であり、同軸をなして、内側及び外側キャビティ934、933を形成する。使用時に、熱伝達媒体は、予熱のために内側維持タンクキャビティ934に供給され、内側維持タンクキャビティは、内側キャビティ934を分割する分離プレート935を含み、熱伝達媒体は、開口部935.1を経由して内側維持タンクキャビティを通して流れる。電解液は、外側維持タンクキャビティ933に維持され、電解セルに供給されるに十分な電解液が利用可能であることを保障する。
The
前記装置900は、第1、第2、第3、第4、及び第5電解液パイプ941、942、943、944、945を含む電解液回路、電解液入口及び出口バルブ946、947、及び電解液レベルセンサ948をまた含む。第1電解液パイプ941は、電解セル出口から凝縮器/分離器端部プレート921.1の開口部921.3まで延びる。第2電解液パイプ942は、凝縮器/分離器端部プレート921.2の開口部921.5から外側維持タンクキャビティ933まで延びる。第3電解液パイプ943は、外側維持タンクキャビティ933から電解セル入口まで延びる一方、第4及び第5電解液パイプ944、945は、外側維持タンクキャビティ933まで延びる。電気分解回路周囲に電解液を強制するために、電解液回路に、一般的に第3電解液パイプ943にポンプを設けることができるが、代案として、流動は、単に対流により達成されてもよい。
The
第1電解生成物パイプ951が、凝縮器/分離器端部プレート921.1の開口部921.4から圧力解除バルブ953を経由して第2電解生成物パイプ952まで延びる。
A first
熱伝達媒体は、第1、第2、第3、第4、及び第5熱伝達媒体パイプ961、962、963、964、965及び圧力解除バルブ966を含む熱伝達媒体回路を通して循環する。第1熱伝達媒体パイプは、内側維持タンクキャビティ934の下側部分に進入し、第2熱伝達媒体パイプ962は、内側維持タンクキャビティ934の上側部分からジャケットボディ911の下側部分まで延びる。第3熱伝達媒体パイプ963は、ジャケットボディ911の上側部分から選択的に入口パイプ963が嵌合した921.1の開口部まで延び、第4熱伝達媒体パイプ964は、凝縮器/分離器端部プレート921.1の開口部921.4から圧力解除バルブ966を通して第5熱伝達媒体パイプ965まで延びる。
The heat transfer medium circulates through a heat transfer medium circuit that includes first, second, third, fourth, and fifth heat transfer
使用時に、電解セル800は、実質的に、前述したように、電解液を加熱するように、よって電解液を沸騰させるように作動して、蒸発した電解液及び気体電解生成物を生成し、これらは、第1電解液パイプ941を通して内側凝縮器/分離器キャビティ924に供給される。蒸発した電解液は、凝縮プレート926で凝縮され、凝縮プレート926の下側部分のノッチ926.2により形成されるチャネルを通して第2電気分解パイプ942に伝達され、第2電気分解パイプは、凝縮された電解液を維持タンク930に伝達する。
In use, the
一方、電解生成物は、ノッチ926.3を通して開口部921.6を経由し、第1電解生成物パイプ951に伝達される。これは、電解生成物が圧力解除バルブ953及び第2電解生成物パイプ952を経由して貯蔵できる、または、代案としては、電解生成物を直ちに用いるシステム(バーナー、燃料電池等)に連結された圧力容器などに供給され得るようにする。
On the other hand, the electrolysis product is transmitted to the first
電解液は、外側維持タンクキャビティ933に維持された後、必要に応じて、電解セル800の入口に第3電解液パイプ943を通して供給される。外側維持タンクキャビティ933は、沈殿物が電解液で沈降できるように電解液を維持することができる。これと関連し、電解液を電解セル入口に伝達する電解液パイプ943が、外側維持タンクキャビティ933の上部領域から電解液を抽出し、この電解液は、沈殿物で汚染されないことを保障するということを言及する。
The electrolytic solution is maintained in the outer
このプロセスの間、必要に応じて、第4電解液パイプ944及び入口バルブ946を通して他の電解液が供給されながら、電解液レベルセンサ948は、外側維持タンクキャビティ933の電解液のレベルを感知するのに用いられる。電解液レベルセンサ948は第4電解液パイプ944に連結されたものと図示されているが、これは必須ではなく、実際に、レベルセンサは、電解液回路の任意の適切な部分に設けられるということが理解できるだろう。
During this process, the
電解液はまた、例えば、電解セル800内のアノードが交替されなければならない時に、または沈殿物が電解液回路から除去されなければならない場合に、第5電解液パイプ945及び出口バルブ947を通して電解液回路から放出され得る。これと関連し、システムから沈殿物が収集され、抽出され得るようにしながら、電解液が電解セル800のために利用可能であることを維持タンク930が保障するということが理解できるだろう。
The electrolyte also passes through the
前記プロセスの間に、熱伝達媒体は、第1熱伝達媒体パイプ961を通して内側維持タンクキャビティ934に供給され、開口部935.1を通して第2熱伝達媒体パイプ962に伝達される。これは、第2熱伝達媒体パイプ962を通して電解セル800を囲むジャケットキャビティ912に供給される熱伝達媒体を予熱する作用をし、第2熱伝達媒体パイプでさらに予熱される。それから、予熱された熱伝達媒体は、電解液から熱が抽出される第3熱伝達媒体パイプ963を通して外側凝縮器/分離器キャビティ924に供給される。それから、加熱された熱伝達媒体は、前述したように作業が行われ得るように、第4及び第5熱伝達媒体パイプ964、965及び圧力解除バルブ966を通して供給される。
During the process, the heat transfer medium is supplied to the inner
図10A乃至図10Gを参照して、電解セル800を含む熱発生装置の第2例について説明する。
With reference to FIG. 10A thru | or FIG. 10G, the 2nd example of the heat generating apparatus containing the
この例において、電解セル800は、維持タンク1030及び凝縮器/分離器1020に物理的に連結される。維持タンク1030は、維持タンクキャビティ1032を形成する維持タンクボディ1031を含み、維持タンク1030が排水され得るように維持タンクドレイン1033が設けられる。
In this example,
凝縮器/分離器1020は、内側及び外側凝縮器/分離器キャビティ1024、1023を形成する、凝縮器/分離器タンクボディ1021及び内側ボディ1022を含む。内側凝縮器/分離器キャビティ1024は、凝縮プレート開口部1026.1を通して内側凝縮器/分離器キャビティ1024と流体連通する電解生成物キャビティ1027を形成するように位置した凝縮プレート1026を含む。
The condenser /
この例において、第1、第2、第3、及び第4電解液パイプ1041、1042、1043、1044により電解液回路が形成される。第1電解液パイプ1041は、電解セル出口から内側凝縮器/分離器キャビティ1024まで延び、第2電解液パイプ1042は、内側凝縮器/分離器キャビティ1024から維持タンクキャビティ1032まで延びる。第3電解液パイプ1043は、維持タンクキャビティ1032及びポンプ(図示しない)と流体連通し、ポンプは、第4電解液パイプ1044を通して電解セル入口に連結される。第3電解液パイプ1043を電解セル入口に直接連結することで、または電解液が対流下で循環できるように第3及び第4電気分解パイプ1043、1044を省略することで、ポンプが省略できるということに留意すべきである。
In this example, an electrolyte circuit is formed by the first, second, third, and
凝縮器/分離器1020は、内側凝縮器/分離器キャビティ1024と流体連通する電解液レベル感知ポート1045とドレインポート1046、及び電解生成物キャビティ1027と流体連通する電解生成物ポート1051をまた含む。第1及び第2熱伝達媒体ポート1061、1062はそれぞれ、外側凝縮器/分離器キャビティ1024の下側及び上側部分と流体連通するように設けられる。
The condenser /
使用時に、電解セル出口から供給された電解液は、第1電解液パイプ1041を通して内側キャビティ1024に供給され、蒸発した電解液が凝縮プレート1026で凝縮する。それから、凝縮された電解液は、第2導管1042を通して維持タンクキャビティ1032に戻り、これは、ポンプを通して電解セルに再循環できる。熱伝達媒体は、熱伝達媒体ポート1061、1062を通して再循環できるため、熱を電解液から回収することができ、電解生成物は、開口部1051を通して抽出され得る。
In use, the electrolytic solution supplied from the electrolytic cell outlet is supplied to the
その他の配置は、図9A乃至図9Gの例と大体類似した方式で機能し、従って、これは、さらに詳細に説明されないことが理解できるだろう。 It will be appreciated that the other arrangements function in a manner that is largely similar to the example of FIGS. 9A-9G, and thus will not be described in further detail.
従って、前記例は、水素を生成するに適しており、エネルギーを貯蔵することができ、また熱回収を行うことができるためシステムの効率を向上させる電気分解装置を記述する。続いて、図6の例において、これは、電解セルから熱を抽出するのに電解液を用いることによって達成されるのに対し、図1乃至図5の例において、電解セルから熱を抽出するのに熱回収モジュールが用いられる。しかし、作動原理は大体類似しており、異なる配置で用いられた特徴が相互交換的に用いられ得るということが理解できるだろう。 Thus, the example describes an electrolyzer that is suitable for producing hydrogen, can store energy, and can perform heat recovery, thus improving the efficiency of the system. Subsequently, in the example of FIG. 6, this is achieved by using an electrolyte to extract heat from the electrolytic cell, whereas in the example of FIGS. 1-5, heat is extracted from the electrolytic cell. A heat recovery module is used for this. However, it will be appreciated that the operating principles are largely similar and that features used in different arrangements can be used interchangeably.
この説明及び以下の請求項において、文脈によって別に解釈されない限り、「含む」という表現、及び「含んでいる」のようなその変形は、言及された整数や整数のグループまたはステップの包含を意味し、任意の他の整数や整数のグループの除外を意味するものではない。 In this description and in the following claims, the expression “includes” and variations thereof, such as “include”, mean inclusion of the mentioned integers or groups of integers or steps, unless otherwise interpreted by context. Does not mean the exclusion of any other integers or groups of integers.
この技術の分野における通常の技術者は、多数の変形及び修正が明らかであるという点が理解できるだろう。この技術の分野における通常の技術者にとって明らかになる全ての変形と修正が、以上の説明で大体現れた本発明の思想及び範囲内に含まれるものと見なされるべきである。 One of ordinary skill in the art will appreciate that numerous variations and modifications will be apparent. All variations and modifications that will be apparent to those of ordinary skill in the art are to be considered within the spirit and scope of the invention as expressed generally in the foregoing description.
100 装置
110 電解セル
111 セルハウジング
112 電解液キャビティ
113 電解液
114 セル出口
115 電極
116 コネクタ
120 熱回収モジュール
121 モジュールハウジング
122 セルキャビティ
123 媒体キャビティ
124 入口
125 出口
DESCRIPTION OF
Claims (78)
a)使用時に電解液を収容する電解液キャビティを形成するセルハウジングと、
b)前記電解液キャビティ内に設けられる、実質的に平行に離間した複数の電極プレートであって、使用時に前記電解液に少なくとも部分的に浸る少なくとも一つのアノード及び少なくとも一つのカソードを規定する前記電極プレートと、
c)使用時に電気電源に接続することで、前記電解液に電流が供給されて、電気分解及び前記電解液の加熱が行われる、少なくとも二つのコネクタと、
d)前記電解液キャビティと流体連通する少なくとも一つのセル出口であって、使用時に熱回収モジュールに連結される前記少なくとも一つのセル出口と、
e)前記電解液キャビティへの電解液の供給を可能にする少なくとも一つのセル入口と
を備える電解セルを含む、装置。 An apparatus for electrolysis and generating heat,
a) a cell housing that forms an electrolyte cavity for containing the electrolyte when in use;
b) a plurality of substantially parallel spaced apart electrode plates provided in the electrolyte cavity, wherein the electrode plates define at least one anode and at least one cathode at least partially immersed in the electrolyte in use. An electrode plate;
c) at least two connectors that are connected to an electrical power source when in use so that an electric current is supplied to the electrolytic solution to perform electrolysis and heating of the electrolytic solution;
d) at least one cell outlet in fluid communication with the electrolyte cavity, wherein the at least one cell outlet is coupled to a heat recovery module in use;
e) an apparatus comprising an electrolysis cell comprising at least one cell inlet allowing an electrolyte supply to the electrolyte cavity.
a)ラミナ状(laminar)、
b)曲線状、及び
c)波状(undulating)
の少なくとも一つである、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。 The electrode plate is
a) laminar,
b) curvilinear, and c) undulating.
The device according to claim 1, wherein the device is at least one of the following.
a)0.1mm〜10mm、
b)1mm〜2mm、及び
c)2mm〜5mm
の少なくとも一つの距離だけ分離される、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の装置。 The electrode plate is
a) 0.1 mm to 10 mm,
b) 1 mm to 2 mm, and c) 2 mm to 5 mm
The device according to claim 1, wherein the device is separated by at least one distance.
a)0.1mm〜10mm、
b)1mm〜2mm、及び
c)2mm〜5mm
の少なくとも一つの厚さを有する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の装置。 The electrode plate is
a) 0.1 mm to 10 mm,
b) 1 mm to 2 mm, and c) 2 mm to 5 mm
The device according to claim 1, wherein the device has at least one thickness.
開口部と、
前記開口部に取外し可能に取付けられたカバーをと含み、前記カバーは、前記電極プレートの少なくとも数枚を前記電解液キャビティから取出すことが可能である、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の装置。 The cell housing is
An opening,
12. The cover according to any one of claims 1 to 11, further comprising a cover removably attached to the opening, wherein the cover is capable of removing at least some of the electrode plates from the electrolyte cavity. The device described.
前記電解液キャビティ内の圧力は大気圧より大きい、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の装置。 The cell housing forms a pressure vessel;
15. A device according to any one of the preceding claims, wherein the pressure in the electrolyte cavity is greater than atmospheric pressure.
a)少なくとも40℃、
b)少なくとも60℃、
c)少なくとも80℃、及び
d)少なくとも100℃
の少なくとも一つの温度で作動する、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の装置。 In use, the device is
a) at least 40 ° C.
b) at least 60 ° C.
c) at least 80 ° C., and d) at least 100 ° C.
The device according to claim 1, which operates at at least one of the following temperatures:
a)蒸発した電解液を凝縮させるために、および/または
b)回収された熱を利用して作業を行うために、
電解液から熱を回収する熱交換器を備える、請求項17乃至20のいずれか一項に記載の装置。 The heat recovery module is
a) to condense the evaporated electrolyte, and / or b) to work using the recovered heat,
21. The apparatus according to any one of claims 17 to 20, comprising a heat exchanger that recovers heat from the electrolyte.
a)前記回収された熱を利用して使用時に加圧蒸気を生成するボイラー、及び
b)前記ボイラーからの加圧蒸気を利用して使用時に電気を生成する発電機に連結された熱機関、
を含む熱機関により利用される、請求項22に記載の装置。 The recovered heat is
a) a boiler that generates pressurized steam during use using the recovered heat; and b) a heat engine coupled to a generator that generates electricity during use using pressurized steam from the boiler;
23. The apparatus of claim 22, utilized by a heat engine comprising:
a)少なくとも2V、
b)少なくとも5V、
c)少なくとも10V、
d)15〜25V、
e)30V以下、
f)40V以下、及び
g)60V以下
の少なくとも一つの電位を有する直流である、請求項1乃至26のいずれか一項に記載の装置。 The current is
a) at least 2V,
b) at least 5V,
c) at least 10V,
d) 15-25V,
e) 30V or less,
27. The device according to any one of claims 1 to 26, wherein the device is a direct current having at least one potential of f) 40V or less, and g) 60V or less.
a)少なくとも3000V/m、
b)少なくとも12000V/m、及び
c)少なくとも24000V/m
の少なくとも一つの電界強度を有する電場を生成するように印加される、請求項1乃至27のいずれか一項に記載の装置。 The current is
a) at least 3000 V / m,
b) at least 12000 V / m, and c) at least 24000 V / m.
28. Apparatus according to any one of the preceding claims, applied to generate an electric field having at least one electric field strength.
a)少なくとも0.5A、
b)少なくとも1A、
c)少なくとも2A、
d)2A〜10A、
e)約5A、
f)10A以下、
g)20A以下、及び
h)50A以下
の少なくとも一つの電流を有する直流である、請求項1乃至28のいずれか一項に記載の装置。 The current is
a) at least 0.5A,
b) at least 1A,
c) at least 2A,
d) 2A-10A,
e) about 5A,
f) 10A or less,
29. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the apparatus is a direct current having at least one current of g) 20A or less, and h) 50A or less.
a)少なくとも500A/m2、
b)少なくとも1000A/m2、及び
c)約3000A/m2以上
の少なくとも一つの電流密度を有する電場を生成するように印加される、請求項1乃至29のいずれか一項に記載の装置。 The current is
a) at least 500 A / m 2 ,
b) at least 1000A / m 2, and c) are applied to generate an electric field having about 3000A / m 2 or more at least one of current density, apparatus according to any one of claims 1 to 29.
a)前記少なくとも二つのコネクタに連結されたトリガー回路、
b)スイッチ、及び
c)前記スイッチを介して前記少なくとも二つのコネクタに連結されたロード(load)、
を含み、
使用時に、前記トリガー回路は、前記スイッチを選択的に活性化させて、前記少なくとも二つのコネクタを前記ロードに連結させる、請求項1乃至30のいずれか一項に記載の装置。 The device is
a) a trigger circuit coupled to the at least two connectors;
b) a switch, and c) a load coupled to the at least two connectors via the switch,
Including
31. The apparatus of any one of claims 1 to 30, wherein in use, the trigger circuit selectively activates the switch to couple the at least two connectors to the load.
a)i)前記コネクタでの電流流動、及びii)前記コネクタにわたる電位、の少なくとも一つを感知するセンサと、
b)i)感知された電流、及びii)感知された電位の少なくとも一つによって、前記スイッチを制御するための電子制御器と
を含む、請求項31に記載の装置。 The trigger circuit is
a sensor that senses at least one of a) i) current flow through the connector; and ii) a potential across the connector;
32. The apparatus of claim 31, comprising: b) i) a sensed current and ii) an electronic controller for controlling the switch by at least one of the sensed potential.
a)前記少なくとも一つの感知された電流及び感知された電位を閾値と比較し、
b)前記閾値を超える場合に、少なくとも一部の電流を、前記ロードを介して転換させるように前記スイッチを作動させる、請求項32に記載の装置。 In use, the electronic controller is
a) comparing said at least one sensed current and sensed potential to a threshold;
36. The apparatus of claim 32, wherein b) actuates the switch to divert at least some current through the load if the threshold is exceeded.
a)電解セル、
b)抵抗性ロード、
c)電池、及び
d)電気機械
の少なくとも一つである、請求項31乃至33のいずれか一項に記載の装置。 The load is
a) electrolysis cell,
b) resistive load,
34. A device according to any one of claims 31 to 33, which is at least one of c) a battery, and d) an electric machine.
a)i)電解液キャビティを形成するセルハウジングであって、前記電解液キャビティは、使用時に電解液を収容し加圧される、前記セルハウジングと、
ii)使用時に電解生成物が収集されるように前記電解液キャビティと流体連通する少なくとも一つのセル出口と、
iii)前記電解液キャビティ内に設けられる複数の電極であって、少なくとも一つのアノードと少なくとも一つのカソードを形成する複数の電極と、
iv)使用時に電気電源に接続することで、前記電解液への電流供給を可能する、少なくとも二つのコネクタと
を備える電解セル、
b)i)(1)内部に前記電解セルが取外し可能に取り付けられるセルキャビティと、
(2)前記セルキャビティと熱的に連通する媒体キャビティであって、使用時に熱回収媒体を収容する媒体キャビティと
を形成するモジュールハウジング、
を備える熱回収モジュール、及び
c)使用時に熱回収媒体が前記媒体キャビティを通過して前記電解セルから熱を回収することができるように、前記媒体キャビティと流体連通する入口と出口、
を含む、装置。 A device for electrolysis,
a) i) a cell housing forming an electrolyte cavity, wherein the electrolyte cavity contains and pressurizes the electrolyte during use;
ii) at least one cell outlet in fluid communication with the electrolyte cavity such that electrolytic products are collected during use;
iii) a plurality of electrodes provided in the electrolyte cavity, the plurality of electrodes forming at least one anode and at least one cathode;
iv) an electrolysis cell comprising at least two connectors, which can be connected to an electric power source when in use, enabling current supply to the electrolyte;
b) i) (1) a cell cavity in which the electrolytic cell is removably attached;
(2) a module housing that forms a medium cavity that is in thermal communication with the cell cavity and that houses a heat recovery medium when in use;
A heat recovery module comprising: c) an inlet and an outlet in fluid communication with the medium cavity so that, in use, the heat recovery medium can pass through the medium cavity and recover heat from the electrolysis cell;
Including the device.
a)等距離に離間されるもの、また
b)不均一に離間されるもの
の少なくとも一つである、請求項48に記載の装置。 The electrode plate is
49. The apparatus of claim 48, wherein the apparatus is at least one of a) equidistantly spaced and b) non-uniformly spaced.
a)使用時に前記熱伝達媒体からの熱を利用してスチームを生成するボイラー、及び
b)使用時に前記ボイラーからのスチームを利用して電気を生成する発電機に連結されたスチームタービン、
を含む、請求項61に記載の装置。 The heat engine is
a) a boiler that generates steam using heat from the heat transfer medium when in use; and b) a steam turbine connected to a generator that generates electricity using steam from the boiler when used;
62. The apparatus of claim 61, comprising:
a)前記少なくとも二つのコネクタに連結されたトリガー回路と、
b)スイッチと、
c)前記スイッチを通して前記少なくとも二つのコネクタに連結されたロードと
を含み、
使用時に、前記トリガー回路は、前記スイッチを選択的に活性化させて、前記少なくとも二つのコネクタを前記ロードに連結させる、請求項42乃至63のいずれか一項に記載の装置。 The device is
a) a trigger circuit coupled to the at least two connectors;
b) a switch;
c) a load coupled to the at least two connectors through the switch;
64. Apparatus according to any one of claims 42 to 63, wherein, in use, the trigger circuit selectively activates the switch to couple the at least two connectors to the load.
a)i)前記コネクタでの電流流動、及びii)コネクタにわたった電位、の少なくとも一つを感知するセンサと、
b)i)感知された電流、及びii)感知された電位の少なくとも一つによって、前記スイッチを制御する電子制御器と
を含む、請求項64に記載の装置。 The trigger circuit is
a) a sensor that senses at least one of a) i) current flow through the connector; and ii) a potential across the connector;
65. The apparatus of claim 64, comprising: b) an electronic controller that controls the switch by at least one of i) a sensed current and ii) a sensed potential.
a)前記少なくとも一つの感知された電流及び感知された電位を閾値と比較し、
b)前記閾値を超える場合に、少なくとも一部の電流を、前記ロードを通して転換させるように前記スイッチを作動させる、請求項65に記載の装置。 In use, the electronic controller is
a) comparing said at least one sensed current and sensed potential to a threshold;
66. The apparatus according to claim 65, wherein b) actuates the switch to divert at least some current through the load if the threshold is exceeded.
a)電解セル、
b)抵抗性ロード、
c)電池、及び
d)電気機械
の少なくとも一つである、請求項64乃至66のいずれか一項に記載の装置。 The load is
a) electrolysis cell,
b) resistive load,
67. The apparatus according to any one of claims 64 to 66, which is at least one of c) a battery, and d) an electric machine.
a)使用時に電気電源に接続することで、電解液への電流供給を可能にする、少なくとも二つのコネクタを含む電解セルと、
b)前記少なくとも二つのコネクタに連結されたトリガー回路と、
c)スイッチと、
d)前記スイッチを通して前記少なくとも二つのコネクタに連結されたロードと
を含み、
使用時に、前記トリガー回路は、前記スイッチを選択的に活性化させて、前記少なくとも二つのコネクタを前記ロードに連結させる、装置。 A device for electrolysis,
a) an electrolysis cell comprising at least two connectors, which allows a current supply to the electrolyte by connecting to an electrical power source in use;
b) a trigger circuit coupled to the at least two connectors;
c) a switch;
d) a load coupled to the at least two connectors through the switch;
In use, the trigger circuit selectively activates the switch to couple the at least two connectors to the load.
a)前記コネクタでの電流流動および/または電位を感知するセンサと、
b)感知された電流によって前記スイッチを制御する電子制御器と
を含む、請求項74に記載の装置。 The trigger circuit is
a) a sensor for sensing current flow and / or potential at the connector;
75. The apparatus of claim 74, comprising: b) an electronic controller that controls the switch by a sensed current.
a)感知された電流および/または電位を閾値と比較し、
b)前記閾値を超える場合に、少なくとも一部の電流を、前記ロードを通して転換させるように前記スイッチを作動させる、請求項75に記載の装置。 In use, the electronic controller is
a) comparing the sensed current and / or potential to a threshold;
76. The apparatus of claim 75, wherein the switch is actuated to divert at least some current through the load if the threshold is exceeded.
a)電解セル、
b)抵抗性ロード、
c)電池、及び
d)電気機械
の少なくとも一つである、請求項74乃至76のいずれか一項に記載の装置。 The load is
a) electrolysis cell,
b) resistive load,
77. Apparatus according to any one of claims 74 to 76, which is at least one of c) a battery, and d) an electric machine.
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