JP3869416B2 - 圧力電解槽、およびそのような圧力電解槽を作動するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による圧力電解槽、並びにそのような圧力電解槽を作動するための方法に関する。

水から水素および酸素に電気分解的に分解するための圧力電解槽が公知であり、これら圧力電解槽は、圧力容器、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セルから成る、この圧力容器内において配設された電解セルブロックを備えている。これら電解セルは、それぞれに、陽極、および陰極を備えており、且つ、陽極へと陽極液を供給するため、および陰極へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられており、および、この電解セルブロックが、この圧力容器の内側に対して封隙されたケーシングを備えている。

このような圧力電解槽は、ドイツ連邦共和国特許第２５ ４８ ６９９号明細書（特許文献１）から公知である。この公知の圧力電解槽の場合、電解セルブロックに加えて、同様に、洗浄するための装置、冷却装置、および電解液の循環装置も、圧力容器内において配設されている。
ドイツ連邦共和国特許第２５ ４８ ６９９号明細書

従って、本発明の課題は、改良された圧力電解槽を提供することである。更に本発明の課題は、このような圧力電解槽の作動のための改良された方法を提示することである。

装置に関して、この提示された課題は、請求項１において記載された圧力電解槽によって解決される。

本発明による圧力電解槽の有利な更なる構成は、従属請求項において記載されている。

方法に関して、この提示された課題は、請求項４１において記載された方法によって解決される。本発明による方法の有利な更なる構成は、従属請求項において記載されている。

本発明により、圧力容器、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セルから成る、この圧力容器内において配設された電解セルブロックを有する圧力電解槽が提供される。これら電解セルは、それぞれに、陽極、および陰極を備えており、且つ、陽極へと陽極液を供給するため、および陰極へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられている。この電解セルブロックは、この圧力容器の内側に対して封隙されたケーシングを備えている。本発明により、電解セルブロックのケーシングが、圧力容器との協働で、アルカリ液循環システムの構成要素（Bestandreil・）である少なくとも２つの相互に分離された室（空間（Raeume））を形成しており、且つ、これら室が、このケーシングによって電解セルから、および、この圧力容器によって周囲環境から隔てられている。本発明による圧力電解槽の利点は、アルカリ液循環システムの簡単な構造にある。他の利点は、本発明による圧力電解槽が必要である僅かな所要スペースである。

本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、相互に分離された室の内の一方の室は、陽極液循環の構成要素であり、および、相互に分離された室の内の他方の室が、陰極液循環の構成要素である。この実施形態の利点は、陽極液循環および陰極液循環の分離によって、より良好なガス純度、および従って、より大きな負荷制御範囲が達成可能であることである。

本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、相互に分離された室は、ケーシングと圧力容器との間に延びる分離壁によって相互に分離されている。

有利な実施形態により、圧力容器は、筒体の形状を有しており、且つ、電解セルブロックが、この電解セルブロックの長手方向軸線でもって、この筒体の軸線に対して平行に、この圧力容器内において配置されている。

本発明による圧力電解槽の更に有利な実施形態により、分離壁は、この筒体の軸線に対して平行に、この電解セルブロックのケーシングと圧力容器との間で、延びている。

本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、電解セルブロックのケーシング５は、電解セルの、多数の積み重ねられたセルフレームによって形成されている。

有利な更なる実施形態により、このことから、それぞれの陽極が、独自の陽極セルフレームを有しており、および、それぞれの陰極が、独自の（eigenen・）陰極セルフレームを有しており、且つ、陽極セルフレームが、陽極液循環の構成要素である室と陽極とを結合する通路を有しており、且つ、陰極セルフレームが、陰極液循環の構成要素である室と陰極とを結合する通路を有している。

他の有利な実施形態により、電解セルブロックは、ケーシングの長手方向でもって、基本的に水平方向に配設されており、この電解セルブロックのケーシング、および圧力容器から隔てられた室が、垂直方向に、この電解セルブロックの長手方向において、両方の相互に分離された室に分割されている。

両方の上記実施形態の特に有利な更なる構成により、陽極との結合を生じさせる通路は、それぞれに、陽極セルフレームの上側および下側において、陽極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された室の一方の室と結合状態にあり、且つ、陰極との結合を生じさせる通路が、それぞれに、陰極セルフレームの上側および下側において、陰極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された室の他方の室と結合状態にある。このことから、アルカリ液循環が、自動的に、電解セル内において上昇するガスのガス湧出効果によって、および、これらガス抜きされたアルカリ液柱体に比してセル内におけるアルカリ液／ガス−混合物のより僅かな密度によって、これらセルの外側で、追加的なアルカリ液循環ポンプ無しに行われることは利点である。両方の相互に分離された室内において、これら室の上側に、生成ガス、酸素、もしくは水素が集積する。

本発明による圧力電解槽の他の有利な実施形態により、圧力容器の内側に、アルカリ液循環システムの重要な（wesentliche・）構成要素、特に、ガス分離装置及び／またはアルカリ液冷却装置が設けられている。このことから、利点は、特に場所を取らない、コンパクトな圧力電解槽の構造にある。

更に有利な実施形態により、分離壁の内の１つの分離壁は、電解セルブロックの下方に配設されており、且つ、同時に、この電解セルブロックの機械的な受け面を形成している。

本発明による圧力電解槽の特に有利な実施形態により、陽極、および陰極は、これら電極の周囲に沿って延びる（延在する）封隙部材によって囲繞されており、この封隙部材が、この陽極、もしくは陰極の領域において、電解セルの側方の端部（seitlichen Abschluss）を形成しており、且つ、セルフレームの間に、封隙状態で挿入されている。

このことから、特に有利な実施形態により、電解セルの陽極、および陰極は、それぞれに分離された状態で、封隙部材内において囲繞されている。

有利には、陽極、および陰極の封隙部材は、共に、２つの連続的なセルフレームの間に、封隙状態で挿入されている。

有利には、封隙部材は、同様にこの陽極と陰極との間に配設された隔壁における、電解セルの側方の端部も形成する。

有利には、陽極の封隙部材と、陰極の封隙部材との間に、隔壁が、封隙状態で挿入されている。

有利には、封隙部材は、陽極、及び／または陰極の周囲において、枠形状に延びた状態で配設されている。

有利な実施形態により、封隙部材は、陽極、及び／または陰極の縁部の周囲を、これら陽極及び／または陰極の表面側から背面側へと巡らされた状態で形成されている。

このことから、特に有利な実施形態により、封隙部材は、陽極もしくは陰極の周囲に沿って延びる、一つまたは多数の封隙リップを備えており、これら封隙リップが、陽極セルフレーム、もしくは、陰極セルフレームの封隙面に当接している。

この場合、有利には、これら封隙リップは、陽極もしくは陰極の面に対して垂直な方向に突出しており、且つ、陽極セルフレーム、もしくは陰極セルフレームの封隙面が、この陽極、もしくは陰極の面に対して平行に延びた状態で形成されている。

封隙部材は、有利には、エラストマー（伸縮性合成樹脂）の材料から形成されている。

その際、封隙部材が、陽極、もしくは陰極の縁部の、押出し被覆成形（Umspritzen）によって、エラストマーの材料でもって形成されている場合、特に有利である。

本発明による圧力電解槽の有利な更なる実施形態により、２つの隣接する電解セルは、双極薄板によって、相互に分離されており、この双極薄板が、この双極薄板の周囲に沿って延びる封隙部材によって囲繞されており、この封隙部材が、この双極薄板の領域において、電解セルの側方の端部を形成し、且つ、隣接する電解セルのセルフレームの間に、封隙状態で挿入されている。

有利には、封隙部材は、双極薄板の周囲において、枠形状に延びた状態で配設されている。

１つの実施形態により、封隙部材は、双極薄板の一方の側面に沿って配設されている。

他の実施形態により、封隙部材は、双極薄板の縁部の周囲を、この双極薄板の表面側から背面側へと巡らされた状態で形成されている。

封隙部材は、双極薄板の周囲に沿って延びる、一つまたは多数の封隙リップを備えており、これら封隙リップが陽極セルフレーム、もしくは、陰極セルフレームの封隙面、またはこの双極薄板自体に、封隙状態で当接している。

このことから、有利な実施形態により、封隙リップは、この双極薄板の面に対して垂直な方向に突出しており、且つ、この陽極セルフレーム、もしくは、陰極セルフレームの封隙面が、この双極薄板の面に対して平行に延びた状態で形成されている。

有利には、封隙部材は、エラストマーの材料から形成されている。

封隙部材は、双極薄板の縁部の、押出し被覆成形によって、エラストマーの材料でもって形成されている。

圧力容器内における別個の室は、有利な実施形態により、陽極液と陰極液との間の水準高さの均一化（Niveauausgleich・）を可能にするために、位置的に（geodaetisch・・）低い位置において、互いに結合されている。この結合は、圧力容器の外側に延びる結合導管を介して行われる。選択的に、これら室は、圧力容器の内側で、開口部、または分離部内における薄膜を介して結合されていても良い。

電気的な絶縁のために、１つの実施形態による圧力容器は、非導電性の材料から成っている。選択的に、電解セルブロックのケーシング、および、圧力容器の内側によって囲繞された、室は、それぞれに、電気的に絶縁状態である材料から成るシェル体（Schale）によってチャンバー化（gekammert・・）されている。

電解セルブロックのケーシング、及び／または圧力容器は、同様に電気的に絶縁状態であるコーティング、または被覆を備えられていても良い。

本発明による圧力電解槽の更なる実施形態により、
水貯蔵容器が設けられており、この水貯蔵容器は、供給水充填弁を備えている供給水充填導管を介して供給水源と、および、供給水流入弁を備えている供給水流入導管を介して、分離された複数の室の内の１つの室の下側の領域と結合されており、且つ、加圧弁を備えている加圧導管を介して、これら分離された室の内の１つの室の上側の領域と結合されており、且つ、
更に、この水貯蔵容器が、換気弁を備えている換気導管を介して周囲環境に対して換気可能であり、その際、
これら分離された室の内の１つの室の上側の領域が、この圧力電解槽の作動の際に、複数の生成ガスの内の１つの生成ガスでもって充填されている。

このことから、有利な実施形態により、その室と水貯蔵容器が、供給水流入導管、および加圧導管を介して結合されている、分離された室の内の一方の室は、電解液循環の構成要素を形成する他方の分離された室である。

方法に関して、提示された課題は、以下の方法の工程を有する、両方の上述のうち最後に述べた実施形態の圧力電解槽を充填するための方法によって解決される：
ａ） 換気弁が開放され、および加圧弁が閉鎖され、および供給水流入弁が閉鎖されている際の、供給水充填導管を介しての、開放された供給水充填弁でもっての水貯蔵容器の無圧力状態の充填、
ｂ） 換気弁、および供給水充填弁の閉鎖、
ｃ） 水貯蔵容器を、加圧導管を介して、圧力容器内に存在している圧力にするための、加圧弁の開放、
ｄ） 供給水を、水貯蔵容器から圧力容器内へと供給する（dosieren）ための、供給水流入弁の開放、
ｅ） 供給水流入弁の閉鎖。

有利には、水貯蔵容器から圧力容器内への供給水の供給（Zudosieren）は、重力作用のもとで行われ、その際、この水貯蔵容器が、空間的に圧力容器の上方に配設されている。

選択的に、この目的で、水貯蔵容器から圧力容器内への供給水の供給は、しかし同様に、供給水流入導管内に備えられている、有利にはその場合に僅かな出力を有する供給水ポンプを用いて行われても良い。

次に、図を参照して、本発明の有利な実施例を詳しく説明する。

図１において、全体に、参照符号１でもって示された圧力電解槽は、圧力容器２を備えており、この圧力容器内において、積層体の様式でまとめられた多数の電解セル４から成る、電解セルブロック３が配設されている。

その中で、２つの電解セル４がこれら電解セルの重要な構成要素でもって図示されている図３が、詳細に示しているように、１つの電解セル４は、１つの陽極１１、および１つの陰極１２を備えており、これら電解セルが、これら電解セルの間に配設された隔壁１３によって、相互に分離されている。２つの隣接する電解セル４の間に、１つの双極薄板１４が設けられており、この双極薄板によって、一方の電解セル４の陽極側のセル室が、隣接する電解セル４の陰極側のセル室から分離されており、その際、同時に、しかも互いに電気的に接触状態が保持されている。電解セルブロック３の更に別の実施形態に関しては、例えばドイツ連邦共和国特許第１９７ ８１ ４４２号明細書（特許文献２）に示されている。特に、この明細書から、どのようにしてセルブロック内へと電流供給が行われ得るのか、どのような電位に、終端板、および圧力容器があるのか、および、どのようにして電気的な絶縁が行われるのかが明らかである。
ドイツ連邦共和国特許第１９７ ８１ ４４２号明細書

他方また、図１に関連して、電解セルブロック３の単に示されたケーシング５と、圧力容器２との間に、２つの室７、８が形成されており、これら室が、分離壁９、１０によって、相互に分離されており、これら分離壁が、このケーシング５と圧力容器２との間に延びていることが見て取れる。これら両方の相互に分離された室７、８は、圧力電解槽のアルカリ液循環システムの構成要素であり、その際、相互に分離された室の内の一方の室７が、陽極液循環の構成要素であり、および、相互に分離された室の内の他方の室８が、陰極液循環の構成要素である。それぞれの矢印によって図１内において概略的に示されているように、この圧力電解槽内において進行する電気分解のプロセスの反応生成物として、陽極液循環から分離された室７内において酸素が、および、陰極液循環から分離された室８内において水素が収集、且つ抽出され、および、その都度、相応する量の清水によって補填される。

図１において更に概略的に示されているように、圧力容器２の内側の分離された室７、８内において、更に、例えばアルカリ液冷却装置１９、２０の様式におけるアルカリ液循環システムの重要な構成要素が配置されている。この圧力容器２は、筒体の形状を有しており、この圧力容器内において、電解セルブロック３が、この電解セルブロックの長手方向軸線でもって、この筒体軸線に対して平行に配置されている。分離壁９、１０は、この筒体の軸線に対して平行に、この電解セルブロック３のケーシング５と圧力容器２との間で、延びている。

図４において拡大されて図示された、図３との関連状態における図１の詳細Ｚから見て取れるように、電解セルブロック３のケーシング５は、電解セル４の、多数の積み重ねられたセルフレーム１５、１６によって形成されている。その際、それぞれの陽極１１に隣接して独自の陽極セルフレーム１５が、および、それぞれの陰極１２に隣接して独自の陰極セルフレーム１６が配置されている。

それら図内において、図１に示された圧力電解槽１が、それぞれに、垂直方向の断面図において図示されている、図２ａ、および２ｂが示しているように、陽極セルフレーム１５内において、陽極液循環の構成要素である室７と陽極側とを結合する通路１７ａ、ｂが配置されており −図２ａを参照− 、および、陰極セルフレーム１６が、陰極液循環の構成要素である室８と陰極側とを結合する通路１８ａ、ｂを有している。

図２ａ、および２ｂから更に見て取れるように、ケーシングの長手方向でもって水平方向に配設された電解セルブロック３のケーシング５、および圧力容器２から隔てられている室は、垂直方向に、および、この電解セルブロック３の長手方向において、両方の相互に分離された室７、８に分割されている。陽極液循環と陽極１１との結合を生じさせる通路１７ａ、ｂは、それぞれに、陽極セルフレーム１５の上側もしくは下側において、陽極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された室７の一方の室と結合状態にあり、且つ、陰極液循環と陰極側との結合を生じさせる通路１８ａ、ｂが、それぞれに、陰極セルフレーム１６の上側もしくは下側において、陰極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された室８の他方の室と結合状態にある。この電解セルブロック３上方の圧力容器２内における、分離壁９によって中央で分離されている室は、この分離壁９の左側、即ち室７で酸素分離部の役目を果たし、且つ、この分離壁９の右側、即ち室８で水素分離部の役目を果たす。両方の側面での、即ち室７を通る陽極液循環および室８を通る陰極液循環における、アルカリ液循環は、その都度自動的に、ガス湧出効果によって、電解セル４内において上昇するガスに基づいて、および、これらガス抜きされたアルカリ液柱体に比してセル内におけるより僅かなアルカリ液／ガス−混合物の密度に基づいて、外側で、分離された室７、８内において行われる。必要のある場合には、しかしながら図示されていないアルカリ液循環ポンプが配設され得る。分離壁の内の１つの分離壁１０は、電解セルブロック３の下方に配設されており、且つ、同時に、この電解セルブロックの機械的な受け面を形成している。圧力容器２は、その際、この電解セルブロック３のための担持フレームとして使用される。

図５ａから５ｃまでが、異なる尺度の図示において示しているように、それぞれに陽極電極１１ａによって接触される陽極１１、および、それぞれに陰極電極１２ａによって接触される陰極１２は、それぞれに、これら電極の周囲に沿って延びる封隙部材２１、２２によって囲繞されており、この封隙部材が、この陽極１１、もしくは陰極１２の領域において、電解セル４の側方の端部を形成している。これら封隙部材２１、２２は、１つの電解セル４のセルフレーム１５、１６の間に、即ち、陽極セルフレーム１５と陰極セルフレーム１６との間に、封隙状態で挿入されている。

１つの電解セル４の陽極１１、および陰極１２は、それぞれに、１つの自身の分離された封隙部材２１、もしくは２２を装備しており、且つ、これら封隙部材２１、２２が、共に、１つのセル４の上記のセルフレーム１５、１６の間に、封隙状態で挿入されており、その際、これら封隙部材２１、２２の間に、１つの電解セル４の陽極１１および陰極１２を相互に分離する隔壁１３が、封隙状態で挿入されている。このことによって、これら封隙部材２１、２２は、同様にこの隔壁１３における電解セル４の側方の端部も形成する。これら封隙部材２１、２２は、フレームの様式で、この陽極１１、もしくは陰極１２の周囲において、延びた状態で配置されている。

図５ｃにおいて拡大された図が示しているように、封隙部材２１、２２は、陽極１１、もしくは陰極１２の縁部の周囲を、これら陽極及び／または陰極の表面側から背面側へと巡らされた状態で形成されている。

図５ｂ、および５ｃが示しているように、封隙部材２１、２２は、多数の陽極１１もしくは陰極１２の周囲に沿って、もしくは平行に指向する封隙リップ４１、４２を備えており、これら封隙リップ４１、４２が、陽極１１もしくは陰極１２の面に対して垂直な方向に突出しており、且つ、陽極セルフレーム１５の封隙面４５、もしくは、陰極セルフレーム１６の封隙面４６に当接しており、その際、これら封隙面４５、４６が、陽極１１、もしくは陰極１２の面に対して平行に延びた状態で形成されている。

封隙部材２１、２２は、エラストマーの材料から形成されており、且つ、陽極１１、もしくは陰極１２の縁部の、押出し被覆成形によって形成されている。

図５ａから５ｃまでが更に示しているように、同様に２つの隣接する電解セル４を相互に分離する双極薄板１４も、２つの隣接する電解セル４のセルフレーム１５、１６の間で、即ち、一方の電解セル４の陽極セルフレーム１５と、隣接する電解セル４の陰極セルフレーム１６との間で、封隙状態で挿入されている。

双極薄板１４は、枠形状にこの双極薄板の周囲に沿って延びる封隙部材２４によって囲繞されたおり、この封隙部材が、この双極薄板１４の領域において、電解セル４の側方の端部を形成し、且つ、封隙状態で、隣接する電解セル４のセルフレーム１５、１６の間に挿入されている。

図５ｃにおいて拡大された図が示しているように、封隙部材２４は、双極薄板１４の一方の側面に沿って配設されており、且つ、多数の、この双極薄板１４の周囲に沿って、もしくは平行に指向する封隙リップ４４を備えており、これら封隙リップがこの双極薄板１４自体に、封隙状態で当接している。これら封隙リップ４４は、この双極薄板１４の面に対して垂直な方向に突出している。それらの間に、この双極薄板１４がこの双極薄板の封隙部材２４との協働で封隙状態で挿入されている、セルフレーム１５、１６は、それぞれに、封隙面４７、４８を装備しており、これら封隙面が、この双極薄板１４の面に対して平行に延びた状態で形成されており、且つ、これら封隙面に、この封隙部材２４、もしくは双極薄板１４が、封隙状態で当接している。この封隙部材２４は、エラストマーの材料から形成されている。

ここで、図６に移って、供給水でもって、圧力電解槽１を充填するための、有利な装置、および、相応する方法を説明する。水貯蔵容器３１が設けられており、この水貯蔵容器は、供給水充填弁３３を備えている供給水充填導管３２を介して供給水源と、および、供給水流入弁３５を備えている供給水流入導管３４を介して分離された室８の下側の領域と結合されており、且つ、更に、加圧弁３７を備えている加圧導管３６を介して分離された室８の上側の領域と結合されている。更に、この水貯蔵容器３１は、換気弁３９を備えている換気導管３８を介して周囲環境に対して換気可能である。この加圧導管３６が結合されている、この分離された室８の上側の領域は、この圧力電解槽１の作動の際に、生成ガスとしての圧力のもとにある水素でもって充填されている。
この圧力電解槽１を充填するための方法は、以下の方法の工程から成っている：
ａ） 先ず始めに、換気弁３９が開放され、および加圧弁３７が閉鎖され、および供給水流入弁３５が閉鎖されている際に、供給水充填導管３２を介して、開放された供給水充填弁３３でもって水貯蔵容器３１の無圧力状態の充填が行われる。
ｂ） 次いで、換気弁３９、および供給水充填弁３３が閉鎖される。
ｃ） 次に、水貯蔵容器３１を、加圧導管３６を介して、圧力容器２内に存在している圧力にするために、加圧弁３７の開放が行われる。
ｄ） 引き続いて、供給水を、水貯蔵容器３１から圧力容器２内へと供給するために、供給水流入弁３５が開放される。
ｅ） 供給水流入弁３５の閉鎖と共に、充填工程は、その場合に、完了されている。

水貯蔵容器３１から圧力容器２内への供給水の供給は、重力作用のもとで行われ、その際、この水貯蔵容器３１が、空間的に圧力容器２の上方に配設されている。選択的に、この水貯蔵容器３１から圧力容器２内への供給水の供給は、しかし同様に、供給水流入導管３４内に備えられている供給水ポンプを用いて行われても良い。

作動状態において、異なるアルカリ液濃度が、陽極液側、および陰極液側で生じ、このことは、陰極側での上昇したアルカリ状態と共に、浸透圧上昇を生じさせる。この濃度相違は、水酸基イオンの過剰によって陰極側で引き起こされており、この濃度相違に基づいて、水が陽極側から陰極側へと流動する。陰極液側と陽極液側との間の濃度均衡は、確かに基本的にはセル隔壁を介して可能である。これらセル隔壁の制限された多孔性に基づいて、完全な均衡は、しかしながら一般的に与えられていない。従って、この濃度均衡を、陰極液内への供給水の追加的な供給によって生じさせることは可能である。この均衡は、電解セルブロックの脚部における分離壁９、１０内の穿孔、または薄膜を介して、または、圧力容器２の外側に位置し、陽極液室と陰極液室とを結合している結合導管を介して行われる。貫通流動を制御するために、制御可能な弁が、この結合導管内において設けられていても良い。この結合導管は、ガスを含んだ供給水が相互に交換されることを防止するために、有利には、位置的に低く配置された位置に設けられるべきである。

電解槽の通電中の状態の部材の、不十分な絶縁の場合、不都合な短絡が生じる可能性があり、このことは、しかし回避されるべきである。電気的な絶縁のために、圧力容器２の内側は、非導電性の内張り、例えばコーティングを備えられており、または、この圧力容器２自体が、非導電性の材料から形成されている。陽極セルフレームおよび陰極セルフレームが、この圧力容器２の内側に対して、電気的に絶縁されていることも可能である。この絶縁部は、その際、同時に、これらセルフレームをアルカリ液の作用から保護する材料から成っている。この絶縁部は、更に続いて、絶縁状態のシェル体から成り、これらシェル体が、陽極液、および陰極液のためのチャンバーを形成し、且つ、それに応じて、電解セルブロックの外側面、および圧力容器２の内側面によって囲繞された室を形成する。

本発明の実施例による圧力電解槽の、図式化され、断面された平面図である。 陽極液循環を図示するための、図１に示された圧力電解槽の断面された、側方からの眺望の図である。 図２ａに相応する、陰極液循環を図示するための断面図である。 電解セルの最も重要な構成要素を説明するための、電解セルブロックの一部分の、断面された平面図である。 陽極液循環および陰極液循環内における流動案内を説明するための、符号Ｚでもって参照符号を付けられた詳細部の拡大された図である。 電解セルブロックのケーシングにおける、電解セルの封隙を説明するための、異なる尺度比率における詳細図である。 電解セルブロックのケーシングにおける、電解セルの封隙を説明するための、異なる尺度比率における詳細図である。 電解セルブロックのケーシングにおける、電解セルの封隙を説明するための、異なる尺度比率における詳細図である。 供給水でもって圧力電解槽を充填するための追加的な構成要素を備えている、図式化されたブロック図である。

符号の説明

１ 圧力電解槽
２ 圧力容器
３ 電解セルブロック
４ 電解セル
５ ケーシング
７ 陽極液循環のための室
８ 陰極液循環のための室
９ 分離壁
１０ 分離壁
１１ 陽極
１１ａ 陽極電極
１２ 陰極
１２ａ 陰極電極
１３ 隔壁
１４ 双極薄板
１５ 陽極セルフレーム
１６ 陰極セルフレーム
１７ａ、ｂ 通過部
１８ａ、ｂ 通過部
１９ アルカリ液冷却装置
２０ アルカリ液冷却装置
２１ 封隙部材
２２ 封隙部材
２４ 封隙部材
３０ 供給水充填システム
３１ 水貯蔵容器
３２ 供給水充填導管
３３ 供給水充填弁
３４ 供給水流入導管
３５ 供給水流入弁
３６ 加圧導管
３７ 加圧弁
３８ 換気導管
３９ 換気弁
４１ 封隙リップ
４２ 封隙リップ
４４ 封隙リップ
４５ 封隙面
４６ 封隙面
４７ 封隙面
４８ 封隙面

Claims (41)

1. 圧力電解槽であって、この圧力電解槽が、
   圧力容器（２）、および、積層体の様式でまとめられた多数の電解セル（４）から成る、この圧力容器（２）内において配設された電解セルブロック（３）を有しており、その際、
   これら電解セル（４）が、それぞれに、陽極（１１）、および陰極（１２）を備えており、且つ、陽極（１１）へと陽極液を供給するため、および陰極（１２）へと陰極液を供給するためのアルカリ液循環システムが設けられており、およびその際、
   この電解セルブロック（３）が、この圧力容器（２）の内側に対して封隙されたケーシング（５）を備えており、その際、
   電解セルブロック（３）のケーシング（５）が、圧力容器（２）との協働で、アルカリ液循環システムの構成要素である少なくとも２つの室（７，８）を形成しており、且つ、
   これら室が、このケーシング（５）によって電解セル（４）から、および、この圧力容器（２）によって周囲環境から隔てられている様式の上記圧力電解槽において、
   室（７，８）が、相互に分離されていること、
   相互に分離された室の内の一方の室（７）が、陽極液循環の構成要素であること、および、
   相互に分離された室の内の他方の室（８）が、陰極液循環の構成要素であること、
   を特徴とする圧力電解槽。
2. 相互に分離された室（７、８）は、ケーシング（５）と圧力容器（２）との間に延びる分離壁（９、１０）によって相互に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力電解槽。
3. 圧力容器（２）は、筒体の形状を有していること、および、電解セルブロック（３）が、この電解セルブロックの長手方向軸線でもって、この筒体の軸線に対して平行に、この圧力容器（２）内において配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力電解槽。
4. 分離壁（９、１０）は、この筒体の軸線に対して平行に、この電解セルブロック（３）のケーシング（５）と圧力容器（２）との間で、延びていることを特徴とする請求項３に記載の圧力電解槽。
5. 電解セルブロック（３）のケーシング（５）は、電解セル（４）の多数の積み重ねられたセルフレーム（１５、１６）によって形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
6. それぞれの陽極（１１）は、陽極セルフレーム（１５）を有しており、および、それぞれの陰極（１２）が、陰極セルフレーム（１６）を有していること、および、
   陽極セルフレーム（１５）が、陽極液循環の構成要素である室（７）と陽極（１１）とを結合する通路（１７ａ、ｂ）を有しており、且つ、陰極セルフレーム（１６）が、陰極液循環の構成要素である室（８）と陰極（１２）とを結合する通路（１８ａ、ｂ）を有していること、
   を特徴とする請求項５に記載の圧力電解槽。
7. 電解セルブロック（３）は、ケーシングの長手方向でもって、基本的に水平方向に配設されていること、および、
   この電解セルブロック（３）のケーシング（５）、および圧力容器（２）から隔てられた室が、垂直方向に、この電解セルブロック（３）の長手方向において、両方の相互に分離された室（７、８）に分割されていること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
8. 複数の陽極（１１）の結合状態を形成する通路（１７ａ、ｂ）は、それぞれに、陽極セルフレーム（１５）の上側および下側において、陽極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された室の一方の室（７）と結合状態にあること、および、
   複数の陰極（１２）の結合状態を形成する通路（１８ａ、ｂ）が、それぞれに、陰極セルフレーム（１６）の上側および下側において、陰極液循環の構成要素であるこれら相互に分離された室の他方の室（８）と結合状態にあること、
   を特徴とする請求項６または７に記載の圧力電解槽。
9. 圧力容器（２）の内側に、アルカリ液循環システムの構成要素であるところのガス分離装置及び／またはアルカリ液冷却装置（１９、２０）が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
10. 分離壁の内の１つの分離壁（１０）は、電解セルブロック（３）の下方に配設されており、且つ、同時に、この電解セルブロックの機械的な受け面を形成していることを特徴とする請求項７から９のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
11. 陽極（１１）、および陰極（１２）は、これら電極の周囲に沿って延びる封隙部材（２１、２２）によって囲繞されており、この封隙部材が、この陽極（１１）、もしくは陰極（１２）の領域において、電解セル（４）の側方の端部を形成しており、且つ、セルフレーム（１５、１６）の間に、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項５から１０のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
12. 電解セル（４）の陽極（１１）、および陰極（１２）は、それぞれに分離された状態で、封隙部材（２１）もしくは（２２）によって囲繞されていることを特徴とする請求項１１に記載の圧力電解槽。
13. 陽極（１１）、および陰極（１２）の封隙部材（２１、２２）は、共に、２つの連続的なセルフレーム（１５、１６）の間に、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項１２に記載の圧力電解槽。
14. 封隙部材（２１、２２）は、同様にこの陽極（１１）と陰極（１２）との間に配設された隔壁（１３）における、電解セル（４）の側方の端部も形成することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
15. 陽極（１１）の封隙部材（２１）と、陰極（１２）の封隙部材（２２）との間に、隔壁（１３）が、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
16. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）、及び／または陰極（１２）の周囲において、枠形状に延びた状態で配設されていることを特徴とする請求項１１、または、１３から１５のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
17. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）、及び／または陰極（１２）の縁部の周囲を、これら陽極及び／または陰極の表面側から背面側へと巡らされた状態で形成されていることを特徴とする請求項１１から１６のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
18. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）もしくは陰極（１２）の周囲に沿って延びる、一つまたは多数の封隙リップ（４１、４２）を備えており、これら封隙リップが、陽極セルフレーム（１５）、もしくは、陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４５、４６）に当接していることを特徴とする請求項１７に記載の圧力電解槽。
19. 封隙リップ（４１、４２）は、陽極（１１）もしくは陰極（１２）の面に対して垂直な方向に突出していること、および、
    陽極セルフレーム（１５）、もしくは陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４５、４６）が、この陽極（１１）、もしくは陰極（１２）の面に対して平行に延びた状態で形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の圧力電解槽。
20. 封隙部材（２１、２２）は、エラストマーの材料から形成されていることを特徴とする請求項１６から１９のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
21. 封隙部材（２１、２２）は、陽極（１１）、もしくは陰極（１２）の縁部の、押出し被覆成形によって、エラストマーの材料でもって形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の圧力電解槽。
22. ２つの隣接する電解セル（４）は、双極薄板（１４）によって、相互に分離されており、この双極薄板が、この双極薄板の周囲に沿って延びる封隙部材（２４）によって囲繞されており、この封隙部材が、この双極薄板（１４）の領域において、電解セル（４）の側方の端部を形成し、且つ、隣接する電解セル（４）のセルフレーム（１５、１６）の間に、封隙状態で挿入されていることを特徴とする請求項５から２１のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
23. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の周囲において、枠形状に延びた状態で配設されていることを特徴とする請求項２２に記載の圧力電解槽。
24. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の一方の側面に沿って配設されていることを特徴とする請求項２２または２３に記載の圧力電解槽。
25. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の縁部の周囲を、この双極薄板の表面側から背面側へと巡らされた状態で形成されていることを特徴とする請求項２２または２３に記載の圧力電解槽。
26. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の周囲に沿って延びる、一つまたは多数の封隙リップ（４４）を備えており、これら封隙リップが陽極セルフレーム（１５）、もしくは、陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４７）、またはこの双極薄板（１４）自体に、封隙状態で当接していることを特徴とする請求項２２から２５のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
27. 封隙リップ（４４）は、この双極薄板（１４）の面に対して垂直な方向に突出していること、および、
    陽極セルフレーム（１５）、もしくは、陰極セルフレーム（１６）の封隙面（４６、４７）が、この双極薄板（１４）の面に対して平行に延びた状態で形成されていることを特徴とする請求項２６に記載の圧力電解槽。
28. 封隙部材（２４）は、エラストマーの材料から形成されていることを特徴とする請求項２３から２７のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
29. 封隙部材（２４）は、双極薄板（１４）の縁部の、押出し被覆成形によって、エラストマーの材料でもって形成されていることを特徴とする請求項２８に記載の圧力電解槽。
30. 圧力容器（２）内における室（７、８）は、陽極液と陰極液との間の水準高さ（レベル）の均一化を可能にするために、位置的に低い位置において、互いに結合されていることを特徴とする請求項１から２９のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
31. 室（７、８）は、圧力容器（２）の外側に延びる結合導管を介して結合されていることを特徴とする請求項３０に記載の圧力電解槽。
32. 室（７、８）は、位置的に低く配置された位置において、圧力容器（２）の内側で、開口部、または分離部内における薄膜を介して、互いに結合されていることを特徴とする請求項３０に記載の圧力電解槽。
33. 圧力容器（２）は、非導電性の材料から成っていることを特徴とする請求項１から３２のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
34. 電解セルブロック（３）のケーシング（５）、および、圧力容器（２）の内側によって囲繞された、室（７、８）は、それぞれに、電気的に絶縁状態である材料から成るシェル体によってチャンバー化されていることを特徴とする請求項１から３２のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
35. 電解セルブロック（３）のケーシング（５）は、室（７、８）に向いた側面上で、及び／または圧力容器（２）がこの圧力容器の内側で、電気的に絶縁状態であるコーティング、または被覆を備えられていることを特徴とする請求項１から３２のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
36. 室（７）、および室（８）内へのガス分離は、位置的に電解セルブロック（３）の上方に配置された領域内において行われることを特徴とする請求項９に記載の圧力電解槽。
37. 水貯蔵容器（３１）が設けられており、この水貯蔵容器は、供給水充填弁（３３）を備えている供給水充填導管（３２）を介して供給水源と、および、供給水流入弁（３５）を備えている供給水流入導管（３４）を介して、分離された複数の室（７、８）の内の１つの室の下側の領域と結合されており、且つ、加圧弁（３７）を備えている加圧導管（３６）を介して、これら分離された室（７、８）の内の１つの室の上側の領域と結合されており、且つ、
    更に、この水貯蔵容器が、換気弁（３９）を備えている換気導管（３８）を介して周囲環境に対して換気可能であり、その際、
    これら分離された室（７、８）の内の１つの室の上側の領域が、この圧力電解槽の作動の際に、複数の生成ガスの内の１つの生成ガスでもって充填されている、
    ことを特徴とする請求項１から３６のいずれか一つに記載の圧力電解槽。
38. その室と水貯蔵容器（３１）が、供給水流入導管（３４）、および加圧導管（３６）を介して結合されている、分離された室の内の一方の室は、陰極液循環の構成要素を形成する他方の分離された室（８）であることを特徴とする請求項３７に記載の圧力電解槽。
39. 請求項３７または３８による圧力電解槽を充填するための方法において、
    以下の方法の工程：
    ａ） 換気弁（３９）が開放され、および加圧弁（３７）が閉鎖され、および供給水流入弁（３５）が閉鎖されている際の、供給水充填導管（３２）を介しての、開放された供給水充填弁（３３）でもっての水貯蔵容器（３１）の無圧力状態の充填、
    ｂ） 換気弁（３９）、および供給水充填弁（３３）の閉鎖、
    ｃ） 水貯蔵容器（３１）を、加圧導管（３６）を介して、圧力容器（２）内に存在している圧力にするための、加圧弁（３７）の開放、
    ｄ） 供給水を、水貯蔵容器（３１）から圧力容器（２）内へと供給するための、供給水流入弁（３５）の開放、
    ｅ） 供給水流入弁（３５）の閉鎖、
    を特徴とする方法。
40. 水貯蔵容器（３１）から圧力容器（２）内への供給水の供給は、重力作用のもとで行われ、その際、この水貯蔵容器（３１）が、空間的に圧力容器（２）の上方に配設されていることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
41. 水貯蔵容器（３１）から圧力容器（２）内への供給水の供給は、供給水流入導管（３４）内に備えられている供給水ポンプを用いて行われることを特徴とする請求項３９に記載の方法。

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