JP2021063267A - 化学反応装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図13は、実施例1における化学反応装置100の構成例を示す模式図である。実施例1では、オリフィス板112の代わりに管状のマニホールド130を設けた。越流口110eは、1つの長方形状とし、酸化反応用電極102及び還元反応用電極104の反応面と最短距離で結んだラインと鉛直方向(Z方向)のラインとのなす角θは17.0°であった。
図1〜図3に示した化学反応装置100の構成例を実施例2とした。実施例2では、越流口110eは、1つの長方形状とし、酸化反応用電極102及び還元反応用電極104の反応面と最短距離で結んだラインと鉛直方向(Z方向)のラインとのなす角θは0とした。すなわち、酸化反応用電極102及び還元反応用電極104の反応面のX方向全体に越流口110eを形成した。
酸化反応用電極102及び還元反応用電極104は、触媒を担持させた反応面を対向させて容器110内に一組配置した。越流口110eを設ける代わりに容器110の上面に電解液及びガスに対する共通の排出口を2つ設けた構成を比較例1とした。すなわち、電解液108及び反応によって生じた気体はいずれも排出口から容器110外に排出される構成とした。なお、酸化反応用電極102及び還元反応用電極104の反応面と排出口とを最短距離で結んだラインと鉛直方向(Z方向)のラインとのなす角θは33.0°であった。
比較例1における構成に対して、整流板106aを設けた以外は同様の構成とした。酸化反応用電極102及び還元反応用電極104には直流電源として結晶系シリコン太陽電池を4つ直列接続して電圧を印加した。
図1〜図3に示した化学反応装置100の構成例において、電解液108が流れる流路における電解液108の流れ方向(ここではZ方向)に垂直な断面の面積に対するオリフィス孔112a,112bの総面積の割合及び電解液108を供給するための電解液供給口110aの総面積に対するオリフィス孔112a,112bの総面積の割合を変化させて実施例3〜実施例9とした。なお、セパレータ106や整流板106aも配置した。
図1〜図3に示した化学反応装置100の構成例において、電解液108が流れる流路における電解液108の流れ方向(ここではZ方向)に垂直な断面の面積に対するオリフィス孔112a,112bの総面積の割合を0.09%及び電解液108を供給するための電解液供給口110aの総面積に対するオリフィス孔112a,112bの総面積の割合を12.35%にした構成を比較例3とした。なお、セパレータ106や整流板106aも配置した。
図20は、実施例7においてシミュレーションを行った結果を示す。また、図21は、実施例9においてシミュレーションを行った結果を示す。
Claims (14)
- 容器内に液体を供給し、液体に含まれる物質を反応させる化学反応装置であって、
前記液体が流れる流路における前記液体の流れ方向に垂直な断面の面積に対する前記流路に前記液体を供給するために設けられたオリフィス孔の総面積の割合が0.3%以上9%以下であることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項1に記載の化学反応装置であって、
前記流路における前記液体の流れ方向に垂直な断面の面積に対する前記流路に前記液体を供給するために設けられたオリフィス孔の総面積の割合が1.4%以上3.6%以下であることを特徴とする化学反応装置。 - 容器内に液体を供給し、液体に含まれる物質を反応させる化学反応装置であって、
前記液体を供給するための液体入口の総面積に対する前記流路に前記液体を供給するために設けられたオリフィス孔の総面積の割合が20%以上126%以下であることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項3に記載の化学反応装置であって、
前記液体を供給するための液体入口の総面積に対する前記流路に前記液体を供給するために設けられたオリフィス孔の総面積の割合が20%以上50%以下であることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の化学反応装置であって、
前記オリフィス孔の孔径は、前記液体を供給するための液体入口からの距離が大きくなるにつれて大きくされていることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の化学反応装置であって、
前記オリフィス孔の間隔は、前記液体を供給するための液体入口からの距離が大きくなるにつれて小さくされていることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の化学反応装置であって、
前記容器内に、還元反応用電極と酸化反応用電極が離間して対向する位置に配置されており、前記還元反応用電極と前記酸化反応用電極とに挟まれた空間によって前記流路の少なくとも一部が構成されており、
前記液体として前記物質を含む電解液が流されることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項7に記載の化学反応装置であって、
前記還元反応用電極と前記酸化反応用電極との間に前記還元反応用電極と前記酸化反応用電極に対向するように多孔体からなるセパレータが配置されており、
前記オリフィス孔は、前記還元反応用電極と前記セパレータとの間に前記電解液を供給するための第1オリフィス孔と、前記酸化反応用電極と前記セパレータとの間に前記電解液を供給するための第2オリフィス孔と、を含むことを特徴とする化学反応装置。 - 請求項8に記載の化学反応装置であって、
前記第1オリフィス孔の総面積は、前記第2オリフィス孔の総面積よりも大きいことを特徴とする化学反応装置。 - 請求項9に記載の化学反応装置であって、
前記第1オリフィス孔の総面積は、前記第2オリフィス孔の総面積の2倍以上9倍以下であることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項9に記載の化学反応装置であって、
前記第1オリフィス孔の総面積は、前記第2オリフィス孔の総面積の4倍以上9倍以下であることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項7〜11のいずれか1項に記載の化学反応装置であって、
前記還元反応用電極と前記酸化反応用電極との間に前記還元反応用電極と前記酸化反応用電極の面方向の流れを制御する整流板が配置されていることを特徴とする化学反応装置。 - 請求項7〜12のいずれか1項に記載の化学反応装置であって、
前記物質は、二酸化炭素(CO2)であり、
前記還元反応用電極において二酸化炭素(CO2)が還元され、前記酸化反応用電極において酸素(O2)が発生することを特徴とする化学反応装置。 - 請求項7〜13のいずれか1項に記載の化学反応装置であって、
1つの前記容器に前記還元反応用電極と前記酸化反応用電極とがそれぞれ複数スタックされていることを特徴とする化学反応装置。
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