JP5220702B2 - 電解装置 - Google Patents
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Description
第1実施形態は、原料のナトリウム硫化物から電解生成物の金属ナトリウムを生成する電解装置102に関する。
図1は、第1実施形態の電解装置102の模式図である。図2は、電解装置102の断熱容器104の内部の収容物の模式図である。図1及び図2は、それぞれ、電解装置102及び断熱容器104の内部の収容物の斜視図となっている。
図2に示すように、断熱容器104の内部には、縦置きされた電解セル116が前後左右に規則的に配列される。電解セル116の配列の形態は図2に示す形態に限られない。例えば、横置きされた電解セル116を規則的に配列してもよい。
図3は、電解セル116の模式図である。図3は、電解セル116の縦断面図となっている。
収容容器128は、円筒の一端を閉じた有底円筒体の開口に陽極端子となるタブ138を形成した構造を有する。隔壁容器130は、円筒の一端を閉じた有底円筒体である。隔壁容器130は、収容容器128の内部に収容される。収容容器128の円筒部と隔壁容器130の円筒部とは同軸配置され、収容容器126及び隔壁容器130の底部は下方にあり、収容容器126及び隔壁容器130の開口は上方にある。
原料収容空間148には、原料とともに、原料収容空間148に導電経路を形成する導電経路形成体が充填される。これにより、原料の電気抵抗の高さに起因する電解の効率の低下が抑制される。
安全容器134は、円筒の一端を閉じた有底円筒体である。安全容器134は、隔壁容器130の内部に収容される。隔壁容器130の円筒部と安全容器134の円筒部とは同軸配置され、隔壁容器130及び安全容器134の底部は下方にあり、隔壁容器130及び安全容器134の開口は上方にある。
放熱棒132は、電解生成物収容空間150の内部から外部へ延在する。これにより、電解電流を増やし電解生成物の生成量を増加させることができる。
絶縁リング136は、円環体である。絶縁リング136の外周面は収容容器128の円筒内面に接触する。絶縁リング136の内周面はフランジ166の外周面に接触する。
収容容器128と放熱棒132との間へ電源106から電圧が印加されると、原料収容空間148に収容された活物質が正極、電解生成物収容空間150に収容された活物質が負極となり、隔壁容器130の原料収容空間148の側にある外面から電解生成物収容空間150の側にある内面へナトリウムイオンが移動し、電解生成物収容空間150においてナトリウムイオンが還元され、金属ナトリウムが製造される。
図4は、コントローラ110による電源106及びポンプ108の制御を説明するタイミングチャートである。図4(A)は、電源106により印加される電圧を示し、図4(B)は、ポンプ108により供給される原料の供給量を示し、図4(C)は、電解セル116の電圧を示す。
原料は、典型的には、石油の脱硫プロセスで生じたナトリウム硫化物Na2Sx(x=1〜5)であり、特に、四硫化二ナトリウム(Na2S4)である。ただし、石油の脱硫プロセスで生じたナトリウム硫化物以外のナトリウム硫化物も原料となりうる。
第2実施形態は、原料収容空間148に単体イオウが生成する前に電源106による電圧の印加を自動的に終了する自動終了機能を実現するために第1実施形態の電解装置102に付加される付加構成物に関する。
第3実施形態は、原料収容空間148に単体イオウが生成する前に電源106による電圧の印加を自動的に終了する自動終了機能を実現するために望ましくは第1実施形態の電解装置102に付加される付加構成物に関する。
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明はすべての局面において例示であって、この発明は上記の説明に限定されない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうる。
106 電源
108 ポンプ
110 コントローラ
116 電解セル
122 原料供給パイプ
124 廃原料排出パイプ
126 電解生成物回収パイプ
130 隔壁容器
132 放熱棒
Claims (5)
- ナトリウム硫化物から金属ナトリウムを生成する電解装置であって、
原料収容空間と電解生成物収容空間とを隔てナトリウムイオン伝導性の固体電解質からなる隔壁と、前記原料収容空間に収容された原料と接触する正極集電体と、前記電解生成物収容空間に収容された電解生成物と接触する負極集電体と、を備える電解セルと、
前記電解セルに接続され前記原料収容空間へ原料を供給する経路となる原料供給経路と、
前記電解セルに接続され前記原料収容空間から廃原料を排出する経路となる廃原料排出経路と、
前記電解セルに接続され前記電解生成物収容空間から電解生成物を回収する経路となる電解生成物回収経路と、
前記原料供給経路に接続され前記原料供給経路を経由して前記原料収容空間へ原料を供給するポンプと、
前記電解セルに接続され前記正極集電体と前記負極集電体との間へ電圧を印加する電源と、
前記電源及び前記ポンプを制御し、前記電源による電圧の印加を開始する前に前記ポンプによる原料の供給を行わせ、前記ポンプによる原料の供給が終了した後に前記電源による電圧の印加を開始させるコントローラと、
を備える電解装置。 - 請求項1の電解装置において、
前記電解生成物収容空間の内部から外部へ延在する放熱体、
をさらに備える電解装置。 - 請求項1又は請求項2の電解装置において、
前記正極集電体は、第1の有底円筒体であり、
前記隔壁は、前記第1の有底円筒体の内部に収容され前記第1の有底円筒体の円筒部と同軸配置された円筒部を有する第2の有底円筒体であり、
前記第1の有底円筒体の内面と前記第2の有底円筒体の外面との間隙が前記原料収容空間であり、
前記第2の有底円筒体の内部が電解生成物収容空間であり、
前記原料供給経路は、
前記第1の有底円筒体の底部の中心に形成された原料の供給口に接続され、
前記廃原料排出経路は、
前記第1の有底円筒体の円筒部の開口寄りに形成された廃原料の排出口に接続される、
電解装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかの電解装置において、
前記電源から前記正極集電体へ至る又は前記負極集電体から前記電源へ至る導電経路に挿入され前記正極集電体へ流入する又は前記負極集電体から流出する電流を検出する電流検出器、
をさらに備え、
前記コントローラは、
前記電流検出器の検出結果から前記正極集電体へ流入した又は前記負極集電体から流出した電気量を導出し、導出した電気量が前記原料収容空間に単体イオウが生成する電気量よりも小さく設定された閾値に達すると前記電源による電圧の印加を終了させる、
電解装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかの電解装置において、
前記正極集電体と前記負極集電体との間の電圧を検出する電圧検出器、
をさらに備え、
前記コントローラは、
前記電圧検出器の検出結果が前記原料収容空間に単体イオウが生成する電圧よりも小さく設定された閾値に達すると前記電源による電圧の印加を終了させる、
電解装置。
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