JPH08253885A - 流体電解質の電解法と電解設備 - Google Patents

流体電解質の電解法と電解設備

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JPH08253885A
JPH08253885A JP8025126A JP2512696A JPH08253885A JP H08253885 A JPH08253885 A JP H08253885A JP 8025126 A JP8025126 A JP 8025126A JP 2512696 A JP2512696 A JP 2512696A JP H08253885 A JPH08253885 A JP H08253885A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的形態で存在しない数１００℃の熱源を
利用し、エネルギー損失の少ない流体電解質の電解方法
を提供する。 【解決手段】 陰極とその陰極に向かい合って配置され
た陽極を備えた電解槽の中でカチオンとアニオンを含む
流体電解質を電解する方法であって、陰極と陽極の間の
電流経路が閉じ、電解槽に磁場を印加し、磁場と電解質
の間で相対的運動を生じさせ、ローレンツ力の作用によ
ってカチオンを陰極にアニオンを陽極に移動させ、電解
反応によって陰極と陽極上で電解生成物を生成させ、電
解反応に必要な電荷の等化は、陰極と陽極の間で閉じた
電流経路によって行う。好ましくは磁場が静止し、磁場
に対して電解質の流れを発生させ、磁場に対する電解質
の流速が少なくとも２０ｍ／ｓであり、電解質の流れに
直角な磁場の成分が少なくとも２テスラである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陰極とその陰極に
向かい合って位置する陽極を備えた電解槽における、カ
チオンとアニオンを含む流体電解質の電解プロセスに関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】このタ
イプの電解には非常に多くのプロセスが知られている。
公知の電解プロセスにおいて、外部電圧源によって陰極
と陽極の間に電場が形成される。この電場内の静電力の
作用により、カチオンは陰極にアニオンは陽極に移動す
る。従って、電解質の電解に使用されるエネルギーは電
場から得られ、このため電気エネルギーの形態で利用さ
れなければならない。
【０００３】しかしながら、一般に、利用可能なエネル
ギーの多くは電気エネルギーの形態ではなくて、例えば
熱エネルギーの形態で存在する。通常の電解プロセスに
おける利用に関し、一次エネルギーは先ず最初に電気エ
ネルギーに転換されなければならず、このことは周知の
ように大きなエネルギー損失を伴う。特に、適度に高い
範囲の温度を有する熱源（約２００〜４００℃）からの
熱エネルギーの利用は不適当となる。
【０００４】従って、本発明の基本的な目的は、電気的
形態で存在しない一次エネルギー、特には適度な高温の
熱源からの熱エネルギーを割合に低いエネルギー損失で
利用することができる、流体電解質の電解のための新規
なプロセスの改良である。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】本発明に
従うと、この目的は、前述に記載のタイプであって、陰
極と陽極の間の電流経路が閉じ、電解槽に磁場が印加さ
れ、さらにローレンツ力の作用によってカチオンが陰極
に移動して且つアニオンが陽極に移動するように磁場と
流体電解質との間に相対的運動が形成されて、電解生成
物が電解反応によって陰極上と陽極上に生成する電解プ
ロセスによって達成され、ここで電解反応に必要な電荷
の等化は、陰極と陽極の間の閉じた電流経路によって行
われる。
【０００６】本発明の技術的思想によると、外部電場を
省略することができる。従って、もはや一次エネルギー
を電気エネルギーに転換する必要がなく、この転換に関
わる損失が回避される。その上、本発明のプロセスの実
施において発電機又は他の電気エネルギー源が不要なた
め、必要な装置の規模が縮小される。
【０００７】陰極へのカチオンの及び陽極へのアニオン
の移動は、磁場の中でのローレンツ力によって生じ、こ
の力は、それ自身ではアニオン又はカチオンに全く仕事
をせず、従って電解のためにそれらからエネルギーが失
われない。正確に言えば、必要なエネルギーは、磁場と
電解質の間の相対的動きによる運動エネルギーから直接
得られる。
【０００８】磁場と電解質の間の相対的運動は、原理的
に、磁場と電解質の任意に選択された状態であることが
できる。ここで、好ましくは、磁場が静止し、電解質が
磁場に対して運動する。流体電解質の流れは、簡単な仕
方で発生することができ、磁場を発生させるための静止
式装置は、可動式装置よりも構造が容易であり、磨耗や
引裂を受ける程度が少ない。
【０００９】特に好ましくは、磁場に対する電解質の相
対的流速は少なくとも２０ｍ／ｓであり、電解質の流れ
に直角な磁場の成分は少なくとも２テスラである。この
ような磁場を用いてこのような電解質の流量に作用する
ローレンツ力は、コンパクトな寸法の電解槽内で電解が
行われることを可能にする。磁場は超電導コイルによっ
て発生させることが有利である。このタイプのコイルを
用いると、オーム抵抗によるさらなる損失が全く発生し
なたいため、経済的な仕方で高い磁場を保持することが
できる。
【００１０】また、液体が電解質として使用されること
が好ましい。液体状態においては、イオン密度は気体状
態よりも高く、このため単位時間あたりにより多量の電
解質生成物を生成させることができる。電解生成物が本
質的に互いに混じり合わないような、高い圧力が電解槽
内で発生する及び／又は電極に対する電解質の流速であ
ることが特に好ましい。この場合、電解質流れの付加的
な抵抗を示し、さらに電解槽の有効寿命を制限すること
がある電解槽内のダイヤフラムは省略してよい。
【００１１】電解生成物の移動は、複数の電解槽の各々
がそれらから流出する電解質の枝流を適切に有する場
合、簡単な仕方で促進することができる。個々の電解槽
の入口開口部を閉じることにより、単位時間に得られる
電解生成物の量を所望値に調節することができる。好ま
しくは、電解質が導管で輸送される。このことは、電解
質流れに含まれる運動エネルギーを最適な仕方で利用可
能なことを意味する。
【００１２】電解質流れの発生のタイプに関して次に説
明する。電解質流れは、利用可能な一次エネルギーのタ
イプにより、熱機関や水力によって駆動される機械式ポ
ンプを用いて簡単な仕方で発生させることができる。ま
た、電解質流れは、ＭＨＤ（電磁流体）ポンプを用いて
発生させることが好ましい。このようなポンプは、磨耗
や引裂を被る可能性のある可動部品を全く含まない。
【００１３】ＭＨＤポンプは電気エネルギーで駆動され
るため、何らかの故障の間にＭＨＤポンプと交換するた
め、他のタイプのエネルギーによって駆動される予備の
ポンプを備えることが好ましい。特に好ましくは、蒸気
噴流インジゼクタによって電解質の流れを発生させる。
蒸気噴流は、適度に高温の熱源からの熱を流体に与える
ことによって蒸発させることにより、発生させることが
できる。
【００１４】この点に関し、電解質を部分的に蒸発させ
ることによって注入蒸気を発生させることが好ましい。
この場合、蒸気噴流インジゼクタを用いて電解質に導入
される物質は、注入の前又は後に蒸発によって電解質か
ら取り出され、この結果、電解質の組成は完全に不変の
ままである。水溶液が電解質として使用される場合、大
気圧力の適度な高温において、溶媒の水が既に蒸発され
得る長所がある。
【００１５】電解質として共沸混合物を使用することが
特に好ましく、この場合、蒸発の間の電解質の組成割合
が維持され、ある環境においては化学的に有害な電解質
ブラインを生成しないためである。好ましくは、注入蒸
気を発生させるに必要な熱は、加熱された仕事用媒体か
ら得られ、例えば普通の又は原子力発電所の蒸気又は圧
縮水である。このような発電所の低負荷期間の際は、一
般に、発電所のタービンに供給される代わりに、例えば
蒸発させるべき電解質の液体を蒸発させるために熱交換
機に輸送するように枝分かれされることができ、このよ
うにして発生した蒸気で蒸気噴流インジゼクタを駆動さ
せることができる。このようにして、低負荷期間の際の
発電所の蒸気発生機の稼働率の低下を防ぐことができ、
このことは原子力発電所において特に有利である。
【００１６】また、注入される蒸気を発生させるに必要
な熱は、太陽エネルギー又は地熱から得ることも好まし
い。これらのエネルギー源は、適度に高い温度レベルで
熱を得ることができ、特に経済的で資源節約の仕方で水
溶液から蒸気を発生させるに十分である。特に太陽エネ
ルギーを使用する場合、蒸気発生に必要な熱を蓄熱装置
に一時的に蓄えることが有利である。この処置の結果、
蒸気発生、従って電解のため本発明のプロセスを連続的
に且つ太陽照射量の変動によらずに実施することができ
る。
【００１７】電解質の流れを蒸気噴流インジゼクタによ
って発生させた場合、注入された蒸気が電解質の中で完
全に凝縮するように、蒸気注入の前に電解質を冷却する
ことがさらに有利である。この結果、蒸気の推進力が可
能な限り電解質に伝わることが確保され、電解プロセス
の効率を低下させ且つ場合によりプロセスに使用される
装置を損傷させることがある気泡の発生を防ぐことを確
保される。
【００１８】また、本発明のプロセスの好ましい態様に
おいて、適当なサイズの電解設備の場合、磁場として蓄
えられたエネルギーが、電気回路網のピーク負荷用に使
用される。本発明の上記の電解プロセスは、水の電解に
よる水素の製造に用いるに特に適切である。このような
応用は、本発明のプロセスの利点を最適な仕方で引出
し、非電気的形態の一次エネルギー、特に適度な高温の
熱源からの熱エネルギーを、従来のプロセスと比較して
高い効率で貯蔵と輸送が容易な形態に転換することを可
能にする。
【００１９】また、本発明の従うと、前述の目的は、陰
極とその陰極に向かい合って配置された陽極を備えた電
解槽を有する流体電解質のための電解設備であって、陰
極と陽極の間の導電性接続、電解槽内に進入する磁場を
発生させる装置、及び磁場と電解質の間の相対的運動を
発生させる装置を有する電解設備によって達成される。
【００２０】本発明の電解設備において、磁場と電解質
の相対的運動によって電解質のカチオンとアニオンに作
用するローレンツ力が発生し、この力はカチオンを陰極
にアニオンを陽極に移動させ、電解反応によって陰極と
陽極上で電解生成物が生成し、電解反応に必要な電荷の
等化は、陰極と陽極の間で閉じた電流経路によって行わ
れる。
【００２１】従って、本発明の電解設備は、電解質のカ
チオンとアニオンを分けるための外的電場を不要にする
ことができる効果を提供する。このように、付加的装置
やエネルギー損失を伴うような予めの必要な電気的エネ
ルギーへの転換を必要とせずに、電解設備の運転に非電
気的エネルギーの一次エネルギーを使用することがで
る。
【００２２】磁場と電解質との間の必要な相対的運動
は、本質的に磁場の運動と電解質の運動からなる。ここ
で一般に、磁場発生装置を静止にし、その代わりに電解
質の流れを発生させる装置を提供することが好ましい。
電解設備は、好ましくは少なくとも１種の超電導磁石コ
イルを有する。超電導磁石コイルは、ローレンツ力を発
生させるに必要な磁場を、損失なしにかなりの長期間に
わたって維持することを可能にする。
【００２３】電解設備の電解槽は、液体電解質で満たす
ことが好ましい。気体電解質に比較して液体電解質はイ
オン密度が顕著に高いおかげで、液体電解質からは単位
時間あたりにより多量の電解生成物を得ることができ
る。また、電解設備が複数の電解槽を有する場合、電解
生成物の生産速度を高めるに有用である。
【００２４】これらの電解槽は、例えば１つの電解槽の
陽極とこの電解槽の隣の電解槽の陰極との電気接続を維
持できるように、順次に直線的に配置することができ
る。直線状配置の端部に位置する２つの電解槽に外側に
位置する電極間にのみ、割合に長い電気接続が必要であ
る。このような割合に長い電気接続は、好ましくは閉じ
たリング形状に電解槽を配置すれば、省略することがで
きる。この場合、各々の電解槽に２つの別な電解槽が隣
り合う。また、電解質の流れから、電解槽からなるリン
グ形状の配置に伝わる力は、これら電解槽がこれらから
同じ方向に出る電解質を有する場合（即ち、例えばリン
グ形状の配置の内側から外側に）、互いに消去される。
【００２５】２つの電解槽が常に互いに隣接した電解槽
の各々の配置において、これらの電解槽が、１つの電解
槽の陽極として機能するだけでなく他の電解槽の陰極と
しても機能する２極電極を有することが有利である。こ
れにより、相当な材料の節約が可能である。電解設備
が、電解質流れの発生させる装置を有する場合、その電
解設備が電解質戻りラインを備えた電解質回路を有する
ことが有益である。これにより、新しい電解質を電解設
備に連続的に供給し、電解槽の数回の通過の間にこれを
完全に電解することができる。
【００２６】電解質流れを発生させるための装置につい
て、次に詳細に説明する。流体の流れを発生させる全て
の装置が、原理的に使用可能である。電解設備が、電解
質の流れを発生させるためのＭＨＤポンプを有すること
が有利である。このようなポンプは可動部分がなく、こ
のことは保全の必要性が少なく、有効寿命が長いことを
意味する。
【００２７】特に好ましくは、電解設備が、電解質の流
れを発生させるための蒸気噴流インジゼクタを有する。
注入される蒸気は、約２００〜４００℃の中位の熱によ
って発生させることができ、これによって予め電気エネ
ルギーに転換することなくそのような熱源を電解設備の
運転に使用することができる。蒸気噴流インジゼクタに
関し、電解設備が、電解質の部分的蒸発のための蒸発器
を有することが有利である。このことは、蒸気噴流イン
ジゼクタによって電解質に注入する蒸気を、電解質その
ものから発生させることができ、蒸発のための追加の液
体を利用できるようにする必要がなく、蒸気噴流注入の
後に再度除去する必要がある外的物質によって電解質が
希釈されないことを意味する。
【００２８】電解質そのものが部分的に蒸発される場
合、電解質は水溶液であることが好ましい。電解質に含
まれる水は、中位の温度範囲の約２００〜４００℃で与
えられる熱によって容易に蒸発させることができ、割合
に化学的反応性の程度が低い蒸気を発生させる。部分的
に蒸発されるべき電解質が共沸混合物である場合、蒸発
器の中で電解質ブラインの発生が回避される利点を与え
る。
【００２９】蒸発に必要な熱エネルギー源について、次
に詳しく説明する。原理的に、発生される蒸気の凝縮温
度より高い温度レベルを有する全ての熱源が考えられ
る。電解設備が、太陽エネルギーを吸収させるための輻
射線吸収装置を都合よく有する場合、このような熱源
は、環境的に無害な状態で利用することができる。
【００３０】特に好ましくは、電解設備が、輻射線吸収
装置と別に、輻射線吸収装置で吸収された熱エネルギー
を一時的に蓄えるための蓄熱ユニットを有する。このよ
うな蓄熱ユニットは、変動する太陽光と無関係に電解設
備の連続的運転を可能にする。最後に、電解質の流れを
発生させるための蒸気噴流インジゼクタを使用する場
合、電解設備は、電解質の流れ方向の蒸気噴流インジゼ
クタの前に配置された電解質冷却装置を有することが好
ましい。蒸気噴流注入の前に電解質を冷却することによ
って、蒸気の注入噴流が電解質の中で完全に凝縮するこ
とができ、それによって蒸気噴流が有する推進力(impul
se) が電解質に完全に伝達され、蒸気気泡の生成が回避
される。
【００３１】本発明のこの他の特徴と効果は、次の説明
及び２通りの態様の図面によって明らかになるであろ
う。
【００３２】
【発明の実施の形態】図１は、電解ユニットを有する水
系電解質の電解のための本発明の電解設備の第一の態様
の大要の図解であり、電解の際に酸素と水素が発生し、
複数の電解槽が１列に配置され、見ている方向は磁場に
直角である。図２は、本発明の図１の電解設備の側面図
の一部であり、見ている方向は図１の矢印２の方向であ
る。
【００３３】図３は、本発明の図１の電解設備の１つの
電解槽の透視図である。図４は、電解ユニットを有する
水系電解質の電解のための本発明の電解設備の第二の態
様の大要の図解であり、電解の際に酸素と水素が発生
し、複数の電解槽が閉じたリング状に配置されている。
図５は、本発明の図４の電解設備の平面図であり、見て
いる方向は図４の矢印５の方向である。
【００３４】図１と２に示す全体を10と示した電解設備
の第一の態様は、７個の電解槽12を有する。電解槽12の
各々は、３通りの異なるエッジ長さの平行管の形状を有
し、最長のエッジは垂直に配置されている。互いに反対
に位置する電解槽12の縦の側壁は電極14で形成され、こ
れは例えばニッケルで作成されるかそのようなもので表
面コーティングされる。さらに２枚の比較的狭い電解槽
12の縦の側壁16は、電解質に不透過性の非導電性材料で
作成され、電極14の間に広がる。
【００３５】電解槽12の上面は、水素含有電解質の出口
漏斗(funnel)18と酸素含有電解質の出口漏斗20に開いて
いる。出口漏斗18と20の各々は、底が開いたサドル上部
の形状と、電解槽12の電極14の間の距離の約半分に相当
する背(ridge) の長さを有する。出口漏斗18と20の各々
は、電極14、及び電解槽12の２枚の側壁16の上に位置
し、それらの切妻状壁21は電極14と平行に配列し、各々
の出口漏斗18と20は、電解槽12の上面の半分を覆う。２
つの出口漏斗18と20の向き合った切妻状壁21は、互いに
気密状に隣り合って下方に広がる区画壁22を形成し、電
解槽12の約１／４以上の高さで電解槽12の中に侵入す
る。
【００３６】水素含有電解質の出口漏斗18の背の端で、
水素含有電解質の排出パイプ24が出口漏斗18に開口す
る。水素含有電解質の排出パイプ24のもう１つの端は、
水素含有電解質の集合パイプ28に接続される。酸素含有
電解質の排出パイプ26は、出口漏斗20の背の端で、酸素
含有電解質の出口漏斗に開口する。酸素含有電解質の排
出パイプ26のもう１つの端は、酸素含有電解質の集合パ
イプ30に接続される。
【００３７】１つの電解槽12、２枚の電極14、２枚の側
壁16、２つの出口漏斗18と20、及び２つの排出パイプ24
と26が次に全体として電解エレメント32として示されて
おり、図３に図解されている。このような複数の電解エ
レメント32は、順次に直線状に配置され、１つの電極14
がそれぞれ隣の電極エレメントと共通し、隣の電解エレ
メント32の対応する構成成分は互いに平行に配置されて
いる。
【００３８】外側に位置する電解エレメント32のこの直
線状の配置における外側に位置する電極34は、高い導電
率を有する短絡ライン36によって相互に接続されてい
る。全ての電解エレメント32の電解槽12の底面は、共通
の入口漏斗38の方に開いている。入口漏斗38は、逆さに
したサドル屋根の形状を有し、底が開いており、全電極
14の厚さの合計と隣接したそれぞれの２つの電極14の間
の距離の全ての合計にほぼ相当する背の長さを有する。
入口漏斗38は、全電解エレメント32の電極14と側壁16を
支持し、入口漏斗38の切妻壁39が電極14に平行に配置さ
れ、入口漏斗38は、全電解エレメント32の電解槽12の底
面を完全に覆う。
【００３９】電解エレメント32は、互いに同等な長方形
のコイル横断面と共通のコイル軸44を有する２つの超電
導磁石コイル40と42の間に配置され、その共通コイル軸
44は、電解槽12の側壁の表面垂線に平行に配列される。
各々の磁石コイル40と42はコイル内部を有し、その高さ
は電解槽12の高さに対応し、その幅（コイル軸に直角）
は、入口漏斗38の背の長さより若干大きい。さらに、コ
イル軸44は、７つの直線状に配置された中央の１つの電
解槽12の側壁16の中心点を通り、この結果、コイル横断
面の平面上のコイル軸44にそった電解槽12の平行な突出
(projection)の際に、全ての電解槽12の突出がコイル横
断面の中に収まる。
【００４０】コイル40と42の内部は、強磁性材料で作成
された各々のコイル心材46と48で満たされる。コイル心
材46と48は、強磁性材料で作成された軛(yoke)58と60に
よってコイルの中央部で互いに接続され、これら軛と共
に全体を62と示した磁気回路を形成する。水素を含む電
解質の収集パイプ28は、水素セパレーター64に開口す
る。水素セパレーター64は水素除去ライン66と電解質の
出口開口部を有し、それに中間ライン68が接続される。
【００４１】酸素を含む電解質の収集パイプ30は、酸素
セパレーター70に開口する。酸素セパレーター70は酸素
除去ライン72と電解質の出口開口部を有し、それに中間
ライン74が接続される。中間ライン68と74は一緒にな
り、電解質戻りライン76を形成する。電解質戻りライン
76は入口漏斗38に開口し、このようにして閉じた電解質
流路が形成される。
【００４２】戻りライン76は、その出発点と終点の間の
その特定の連続体の中で、電解質の分岐78、電解質ブラ
インの統合80、クーラー82、蒸気噴流インジゼクタの入
口開口部84を有する。体積流量調節器88を有する電解質
供給ライン86は、電解質を分岐78から蒸発器90の入口開
口部まで導く。
【００４３】流入水調節器94を有する水供給ライン92
は、体積流量調節器88と蒸発器90の入口開口部の間の電
解質供給ライン86に開口する。蒸発器の内部は、内部の
下側部分のある体積の電解質96と、内部の残りを満たす
ある体積の蒸気96を含む。加熱用パイプ100 が蒸発器90
の底に配置され、蓄熱媒体102 の回路の一部をなし、さ
らに蓄熱ユニット106 を有する。
【００４４】蓄熱媒体の第二回路105 は、蓄熱ユニット
106 を出て太陽光の光吸収器104 を通り、蓄熱ユニット
106 に戻る。さらに、蒸発器90は、ある体積の電解質の
側に出口開口部を有し、そこから電解質ブラインの戻り
ライン108 が、電解質戻りライン76の電解質ブラインの
連結部80に通じる。
【００４５】また、蒸発器90は、ある体積の蒸気の側に
もう１つの出口開口部を有し、そこから蒸気ライン110
が蒸気噴流インジゼクタ112 に通じ、蒸気噴流インジゼ
クタ112 が電解質に気密性の蒸気噴流インジゼクタの入
口開口部84を通って電解質戻りライン76に案内される。
電解設備10の運転の際、電解槽12、中間ライン68と74、
電解質戻りライン76、電解質供給ライン86、及び入口漏
斗38は、電解質としての約２０モル％(atomic%)の水酸
化ナトリウム水溶液で満たされる。水酸化ナトリウムは
殆どがＮａ+ とＯＨ- イオンに解離する。
【００４６】水素を含む電解質の出口漏斗18、水素を含
む電解質の排出パイプ24、水素を含む電解質の収集パイ
プ28、及び水素セパレーター64は、その中に溶けた分子
の水素を有する電解質を含む。酸素を含む電解質の出口
漏斗20、酸素を含む電解質の排出パイプ26、酸素を含む
電解質の収集パイプ30、及び酸素セパレーター70は、そ
の中に溶けた分子の酸素を有する電解質を含む。
【００４７】蒸発器90のある体積の電解質96と、電解質
ブラインの戻りライン108 は、水の濃度が下がった電解
質（電解質ブライン）を含む。蒸発器90のある体積の蒸
気98と蒸気ライン110 は蒸気を含む。水素セパレーター
64の水素除去ライン66は水素ガスを含む。酸素セパレー
ター70の酸素除去ライン66は酸素ガスを含む。
【００４８】電解質は、図１に矢印で示した方向に電解
質戻りライン76を通って流れる。電解質の支流は、電解
質の分岐78から電解質供給ライン86を通って蒸発器90に
流れる。この支流の量は、体積流量調節器88で制御する
ことができる。電解の際に水素と酸素に分かれた量に相
当する水の量は、連続的運転に適するように流入水調節
器94を利用し、水供給ライン92を経由して単位時間あた
りに電解質に添加される。
【００４９】熱エネルギーは、２００〜３００℃の温度
レベルの蓄熱媒体より、蒸発器90の中のある体積の電解
質96に伝熱され、蓄熱媒体は、蓄熱ユニット106 から加
熱パイプ100 を通って蓄熱ユニット106 に戻る蓄熱媒体
回路102 を流れる。適切な太陽光照射条件下において、
蓄熱ユニット106 の熱損失を補償するため、蓄熱媒体
は、光吸収器104 を通る蓄熱媒体の第二回路105 に運ば
れる。
【００５０】その中に含まれる水の一部は、加熱された
ある体積の電解質96から蒸発し、蒸気容積部98を通過
し、蒸気ライン110 に流入する。電解質容積部96に残っ
ている電解質ブラインは、電解質ブラインの連結部80を
通って電解質ブラインの戻りライン108 を流れ、電解質
戻りライン76の電解質の主流に戻る。電解質ブラインの
連結部80で再統合した電解質の流れは、外界温度の冷媒
を用いたクーラー82で冷却される。
【００５１】蒸気ライン100 からの蒸気は、冷却された
電解質流れの中に蒸気噴流インジゼクタ112 によって吹
き込まれる。それによって電解質は圧力を加えられ、流
れ方向に加速される。吹き込まれた蒸気は、冷却された
電解質の中で完全に凝縮する。このようにして駆動され
た電解質流れは、入口漏斗38を通り、電解エレメント32
の電解槽12に流入する。電流が流れる超電導磁石コイル
40と42は、磁気回路62と共働して電解槽12に２〜４テス
ラの磁場を発生させ、この磁場は、コイル軸44と平行で
あり、電解質の流れ（２０〜３０ｍ／ｓ）に本質的に垂
直である。
【００５２】従って、電解質流れに含まれるＮａ+ とＯ
Ｈ- イオンに、電極表面の垂線の方向に本質的に平行な
ローレンツ力が作用する。この結果Ｎａ+ イオンは、電
解槽12の電極14と34の陰極表面に移動し、ＯＨ- イオン
は陽極表面17の方向に移動する。次の反応 ４Ｎａ+ ＋４ｅ- → ４Ｎａ ４Ｎａ＋４Ｈ2 Ｏ → ４Ｎａ+ ＯＨ- ＋２Ｈ2 が陰極表面15で生じ、この過程において水素分子が生成
し、これは陰極表面15を通りすぎる電解質に溶解する。
また、次の反応 ４ＯＨ- → ４ｅ- ＋Ｏ2 ＋２Ｈ2 Ｏ が陽極表面17で生じ、この過程において酸素分子が生成
し、これは陽極表面17を通りすぎる電解質に溶解する。
【００５３】電極14の陰極表面15に必要な電子は、同じ
電極の陽極表面17によって供給される。外側に配置され
た電極34の陰極と陽極表面間の電子平衡は、短絡ライン
36によって行われる。電解質に及ぼす高い圧力と共働し
た電解質の高い速度のおかげで、電極表面で生じたガス
は、本質的に中間電極領域にて束縛されたままであり、
得られたガスの混合の危険性は全くない。
【００５４】区画壁22は、電解槽12の出口で電解槽流れ
を２つの支流、即ち、各々が水素を含む流れと酸素を含
む流れに分ける。水素を含む電解質流れは、水素を含む
電解質用の出口漏斗18と水素を含む電解質用の排出パイ
プ24を通過し、水素を含む電解質用の収集パイプ28に流
入する。水素を含む電解質用の収集パイプ28から、水素
を含む電解質は水素セパレーター64に流入し、そこで気
体水素が分離され、水素除去ライン66を経て除去され
る。
【００５５】酸素を含む電解質流れは、酸素を含む電解
質用の出口漏斗20と酸素を含む電解質用の排出パイプ26
を通過し、酸素を含む電解質用の収集パイプ30に流入す
る。酸素を含む電解質用の収集パイプ30から、酸素を含
む電解質は酸素セパレーター70に流入し、そこで気体酸
素が分離され、酸素除去ライン72を経て除去される。脱
ガスされた電解質流れは、それぞれ中間ライン68と74を
通過した後に電解質戻りライン76で再統合され、電解質
の循環が改めて開始する。
【００５６】電解エレメント32の別な態様の配置を有す
る本発明の別な態様の電解設備10が図４と５に示されて
いる。図１、２、３と同じ又は機能的に同じ構成成分
は、同じ参照番号で図４と５に示してある。この第二の
態様の電解設備10は、前記の直線状に配置した電解エレ
メントが、閉じたリング（リング114 ）の形状の配置で
置き代わった点で相違する。
【００５７】個々の電解エレメント32は、前記の仕方で
構成されている。側壁16が平らに配列され、電解槽の開
底面はリング114 の内部の中心に向き、外側漏斗18と20
はリングの外側を向くように配置されている。電極14
は、それぞれの隣の電解エレメントと共通である。閉じ
たリングの形状の配置は外側に横たわる電極34を有しな
いため、第一の態様の短絡ライン20を省略することがで
きる。
【００５８】リングの外側と内側の径の違いを補うた
め、電極14は楔形の設計であり、従って一定の電極間隔
を与える。楔形の電極14の代わりに、平行なパイプ状の
２つの電極を使用することもでき、これらの電極は相互
に傾いた関係であり、互いに電気接続される。隣の電解
エレメント32は、相互に正確に平行ではなくて、３６０
°／Ｎの角度で回転させて放射状に配置され、Ｎは電解
エレメント32の合計数を示す。
【００５９】第一の態様の入口漏斗38は、円形ディスク
状の底板38b と円形ディスク状の上板38a で置き換えら
れ、これらは電解エレメント32と共に、本質的に電解質
に気密な仕方でリング114 の円筒状内部を囲む。電解質
戻りライン76は、底板38b の中央で開いている。この態
様において、超電導磁石コイル40と42は上下に配置され
る。それらの共通軸44は、リング114 の軸に一致する。
コイルの横断面は円形であり、コイル横断面の内径は、
リング114 の外径より大きい。
【００６０】第一の態様の操作の仕方は第二の態様のそ
れと本質的に同じである。しかしながら、電解質は、底
から上に電解槽12を垂直に通って流れず、電解エレメン
ト32を構成するリング114 の内側から外側に水平に放射
状に流れる。このリング状の配置の対称性のおかげで、
電解質流れによってリング114 に伝わる力は互いに相殺
され、電解エレメント32を構成するリング114 の据え付
けは、第一の態様の電解槽32の直線状配置の据え付けよ
りも、機械的な損耗や引裂を被ることが比較的少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解設備の第一の態様の大要の図解で
ある。
【図２】本発明の図１の電解設備の側面図の一部であ
る。
【図３】本発明の図１の電解設備の１つの電解槽を示
す。
【図４】本発明の電解設備の第二の態様の大要の図解で
ある。
【図５】本発明の図４の電解設備の平面図である。
【符号の説明】
１０…電解設備 １２…電解槽 ４０…磁場発生装置 ８２…電解質冷却装置 ９０…蒸発器 １０４…電磁線吸収器 １１２…蒸気噴流インジゼクタ

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陰極とその陰極に向かい合って配置され
    た陽極を備えた電解槽の中でカチオンとアニオンを含む
    流体電解質を電解する方法であって、陰極と陽極の間の
    電流経路が閉じ、電解槽に磁場を印加し、磁場と電解質
    の間で相対的運動を生じさせ、ローレンツ力の作用によ
    ってカチオンを陰極にアニオンを陽極に移動させ、電解
    反応によって陰極と陽極上で電解生成物を生成させ、電
    解反応に必要な電荷の等化は、陰極と陽極の間で閉じた
    電流経路によって行うことを特徴とする電解方法。
  2. 【請求項２】 磁場が静止し、磁場に対して電解質の流
    れを発生させることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 磁場に対する電解質の流速が少なくとも
    ２０ｍ／ｓであり、電解質の流れに直角な磁場の成分が
    少なくとも２テスラであることを特徴とする請求項１又
    は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 磁場を超電導コイルによって発生させる
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 液体を電解質として使用することを特徴
    とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 電解生成物が本質的に互いに混じり合わ
    ないように、電解槽内を高い圧力とするか電解質を電極
    に対して高い流速にするかの少なくとも一方にすること
    を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 複数の電解槽の各々が、それらから流出
    する電解質の支流を有することを特徴とする請求項２〜
    ６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 電解質が回路内で輸送されることを特徴
    とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 電解質の流れを機械式ポンプによって発
    生させることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ポンプを熱機関によって駆動すること
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ポンプを水力によって駆動することを
    特徴とする請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 電解質の流れをＭＨＤポンプによって
    発生させることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか
    １項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 電解質の流れを蒸気噴流インジゼクタ
    によって発生させることを特徴とする請求項２〜１２の
    いずれか１項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 注入蒸気を電解質の部分的蒸発によっ
    て発生させることを特徴とする請求項１３に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 水溶液を電解質として使用することを
    特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 共沸混合物を電解質として使用するこ
    とを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 注入蒸気を発生させるに必要な熱を、
    発電所の加熱された仕事用媒体から得ることを特徴とす
    る請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 蒸気を発生させるに必要な熱を太陽エ
    ネルギーから得ることを特徴とする請求項１３〜１６の
    いずれか１項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 蒸気を発生させるに必要な熱を、蓄熱
    ユニットで一時的に蓄えることを特徴とする請求項１８
    に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 蒸気を発生させるに必要な熱を地熱か
    ら得ることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１
    項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 注入蒸気が本質的に完全に電解質内で
    凝縮するように、蒸気の注入の前に電解質を冷却するこ
    とを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか１項に記載
    の方法。
  22. 【請求項２２】 磁場に蓄えたエネルギーを、電気回路
    網のピーク負荷供給に応じて使用することを特徴とする
    請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 水の電気分解によって水素を製造する
    ことを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載
    の方法。
  24. 【請求項２４】 陰極とその陰極に向かい合って配置さ
    れた陽極を備えた電解槽を有する流体電解質の電解設備
    (10)であって、陰極と陽極間の電気接続、電解槽(12)に
    進入する磁場を発生させる装置(40,42) 、及び磁場と電
    解質の間の相対的運動を生じさせる装置(112) を有する
    ことを特徴とする電解設備。
  25. 【請求項２５】 電解設備(10)が電解質の流れを発生さ
    せる装置(112) を有することを特徴とする請求項２４に
    記載の電解設備。
  26. 【請求項２６】 電解設備(10)が少なくとも１つの超電
    導磁石コイル(40,42) を有することを特徴とする請求項
    ２４又は２５に記載の電解設備。
  27. 【請求項２７】 電解設備(10)の電解槽(12)が液体電解
    質で満たされたことを特徴とする請求項２４〜２６のい
    ずれか１項に記載の電解設備。
  28. 【請求項２８】 電解設備(10)が複数の電解槽(12)を有
    することを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか１項
    に記載の電解設備。
  29. 【請求項２９】 複数の電解槽(12)が順次に直線状に配
    置されたことを特徴とする請求項２８に記載の電解設
    備。
  30. 【請求項３０】 複数の電解槽(12)が閉じたリング状に
    配置されたことを特徴とする請求項２８に記載の電解設
    備。
  31. 【請求項３１】 電解槽(12)が２極電極(14)を有するこ
    とを特徴とする請求項２８〜３０のいずれか１項に記載
    の電解設備。
  32. 【請求項３２】 電解設備(10)が、電解質戻りライン(7
    6)を備えた電解質流路を有することを特徴とする請求項
    ２５〜３１のいずれか１項に記載の電解設備。
  33. 【請求項３３】 電解設備(10)が、電解質の流れを発生
    させるためのＭＨＤポンプを有することを特徴とする請
    求項２５〜３２のいずれか１項に記載の電解設備。
  34. 【請求項３４】 電解設備(10)が、電解質の流れを発生
    させるための蒸気噴流インジゼクタ(112) を有すること
    を特徴とする請求項２５〜３３のいずれか１項に記載の
    電解設備。
  35. 【請求項３５】 電解設備(10)が、電解質を部分的に蒸
    発させる蒸発器(90)を有することを特徴とする請求項３
    ４に記載の電解設備。
  36. 【請求項３６】 電解質が水溶液であることを特徴とす
    る請求項３５に記載の電解設備。
  37. 【請求項３７】 電解質が共沸混合物であることを特徴
    とする請求項３５又は３６に記載の電解設備。
  38. 【請求項３８】 電解設備(10)が、太陽エネルギーを吸
    収させるための電磁線吸収器(104) を有することを特徴
    とする請求項３４〜３７のいずれか１項に記載の電解設
    備。
  39. 【請求項３９】 電解設備(10)が、電磁線吸収器(104)
    によって吸収された熱エネルギーを一時的に蓄える蓄熱
    ユニット(106) を有することを特徴とする請求項３８に
    記載の電解設備。
  40. 【請求項４０】 電解設備(10)が電解質冷却装置(82)を
    有し、その装置が、電解質流れ方向で蒸気噴流インジゼ
    クタ(112) の手前に配置されたことを特徴とする請求項
    ３４〜３９のいずれか１項に記載の電解設備。
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