KR20130016217A - Electrochemical process having improved efficiency and related electrochemical reactor such as a high-temperature electrolyser (hte) - Google Patents

Electrochemical process having improved efficiency and related electrochemical reactor such as a high-temperature electrolyser (hte) Download PDF

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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

본 발명은 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 기체 또는 증기가 흐르게 만들어지고 반응 기체가 초기 성분(들)이 흐르게 만들어지는 경로에서 회수되는, 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 분자량보다 더 적은 분자량의 반응 기체를 생성하는 새로운 전기화학 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 적어도 하나의 와류가 반응 기체의 회수 영역으로부터 상류 영역에 형성되고, 상기 와류/와류들은 여전히 존재하는 초기 성분(들)이 상기 상류 영역에서 전기화학 공정을 거치게 하기 위하여 여전히 존재하는 초기 성분(들)으로부터 생성된 반응 기체를 분리할 수 있다.
본 발명은 잔여 증기가 전기분해 장치 그 자체 내에서 전해 공정을 거치게 하기 위하여 와류/와류들에 의하여 생성된 수소가 잔여 증기로부터 분리되는 물을 고온에서 전기분해하는 응용에 적용가능하다.
The present invention is directed to the molecular weight of the initial component (s) in gas or vapor form, which is made to flow the gas or vapor of the initial component (s) in gas or vapor form and the reaction gas is recovered in the path through which the initial component (s) is made to flow. A new electrochemical method for producing a reaction gas of lower molecular weight.
According to the invention at least one vortex is formed in the upstream region from the recovery zone of the reaction gas and the vortices / vortices are still present to allow the initial component (s) still present to undergo an electrochemical process in the upstream region. The reaction gas generated from the component (s) can be separated.
The present invention is applicable to applications in which the hydrogen produced by the vortices / vortices is separated from the residual steam by electrolysis at high temperatures so that the residual steam undergoes an electrolysis process in the electrolysis device itself.

Description

개선된 효율을 가지는 전기화학 방법 및 고온 전기분해 장치(HTE)와 같은 연관된 전기화학 반응로{ELECTROCHEMICAL PROCESS HAVING IMPROVED EFFICIENCY AND RELATED ELECTROCHEMICAL REACTOR SUCH AS A HIGH-TEMPERATURE ELECTROLYSER (HTE)}ELECTROCHEMICAL PROCESS HAVING IMPROVED EFFICIENCY AND RELATED ELECTROCHEMICAL REACTOR SUCH AS A HIGH-TEMPERATURE ELECTROLYSER (HTE)}

본 발명은 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 기체 또는 증기가 흐르게 만들어지고 초기 성분(들)이 흐르게 만들어지는 경로에서 반응 기체가 회수되는, 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 분자량보다 더 적은 분자량의 반응 기체를 생성하는 전기화학 방법에 관한 것이다. The present invention relates to the molecular weight of the initial component (s) in gas or vapor form, where the gas or vapor of the initial component (s) in gas or vapor form is made to flow and the reactant gas is recovered in a path through which the initial component (s) is made to flow. Electrochemical methods of producing reaction gases of lower molecular weight.

본 발명은 이러한 방법의 효율의 개선에 관한 것이다. The present invention is directed to an improvement in the efficiency of this method.

본 발명과 관련된 주요 응용분야는 고온 증기 전기분해(EVHT)라고도 불리우는 고온에서 물을 전기분해하는 것(EHT)이다.The main application related to the present invention is the electrolysis of water at high temperatures (EHT), also called high temperature steam electrolysis (EVHT).

전기화학 반응로는 전해질에 의해 분리된 캐소드와 애노드로 형성된 복수의 기본 셀을 포함하며, 여기서 기본 셀은 기본 셀의 애노드와 이에 인접한 기본 셀의 캐소드 사이에 일반적으로 배치된 상호연결 판에 의하여 전기적으로 직렬로 연결된다. 캐소드-캐소드 연결이 후속하는 애노드-애노드 연결이 또한 가능하다. 상호연결 판은 하나 이상의 금속판(들)에 의해 형성된 전자 전도성 부품이다. 이들 판은 이하 기본 셀에서 흐르는 애노드 유체로부터 하나의 기본 셀에서 흐르는 캐소드 유체 사이에 분리를 제공한다. The electrochemical reactor includes a plurality of base cells formed of a cathode and an anode separated by an electrolyte, wherein the base cell is electrically connected by an interconnecting plate generally disposed between the anode of the base cell and the cathode of the adjacent base cell. Connected in series. Also possible is an anode-anode connection, followed by a cathode-cathode connection. The interconnect plate is an electronically conductive component formed by one or more metal plate (s). These plates hereafter provide separation between the anode fluid flowing in the base cell and the cathode fluid flowing in one base cell.

애노드와 캐소드는 기체가 흐를 수 있는 다공성 물질로 만들어진다. The anode and cathode are made of a porous material through which gas can flow.

고온에서 수소를 생성하기 위해 물을 전기분해하는 경우에 증기는 캐소드에서 흐르고 여기서 수소는 기체 형태로 생성되고 배기 기체는 애노드에서 흐를 수 있고 이에 의해 애노드에서 기체 형태로 생성된 산소를 수집할 수 있다. 대부분의 고온 전기분해 장치는 애노드에서 배기 기체로서 공기를 사용한다. In the case of electrolyzing water to produce hydrogen at high temperatures, steam flows in the cathode where hydrogen can be produced in gaseous form and exhaust gas can flow in the anode thereby collecting oxygen produced in the gaseous form at the anode. . Most high temperature electrolysis devices use air as exhaust gas at the anode.

현 시점에서, 상호연결 판에 의해 한정된 구획들에 의해 생성된 유체 회로는 상대적으로 간단한 아키텍처를 구비한다. At this point, the fluid circuit created by the compartments defined by the interconnect plate has a relatively simple architecture.

일반적으로, 캐소드의 출구에서 유체는 생성하려고 하는 수소 뿐만 아니라 전기분해 전기화학 반응로 그 자체로부터 남겨진 잔여 증기를 포함한다. 다시 말해, 고온 전기분해 장치의 변환율은 100%가 아니다. 사실, 평균 생산 밀도를 증가시키기 위하여 증기는 일반적으로 과다량으로 의도적으로 생성되며 이것으로 높은 증기 소비율(또는 높은 수소 변환율)을 달성하는 손실이 일어난다.Generally, the fluid at the outlet of the cathode contains not only the hydrogen to be produced but also the residual vapor left from itself in the electrolysis electrochemical reaction. In other words, the conversion rate of the high temperature electrolysis device is not 100%. In fact, in order to increase the average production density, steam is generally intentionally produced in excess, resulting in losses that achieve high steam consumption (or high hydrogen conversion).

이후, 증기를 수소로 거의 100% 변환하는 것이 요구된다면, 지금까지 셀의 표면을 매우 크게 하거나, 또는 그 입구로부터 증기가 따라가는 경로가 무엇이든 통과 시간은 거의 동일하게 되도록 표면에 걸쳐 유체의 분배를 최적화하는 것이 필요하다고 보았다. 제 1 옵션의 단점은 평균 생산성의 감소인 반면, 제 2 옵션의 단점은 복잡할 수 있는 구현(제조되어야 하는 증기 회로)에 있다.Then, if it is desired to convert almost 100% of the steam to hydrogen, the distribution of the fluid across the surface is very large so far so that the surface of the cell, or whatever path the steam follows from its inlet, is nearly the same. I saw that it was necessary to optimize. The disadvantage of the first option is the reduction in average productivity, while the disadvantage of the second option lies in the implementation (steam circuit to be produced) which can be complex.

나아가, EHT 전기분해 장치의 많은 설계자들은 설계 단계로부터 전술된 바와 같이 달성되기 위한 생산성의 밀도 레벨, 그리하여 변환율의 손실에 특정 관심을 가지는 경향이 있다.Furthermore, many designers of EHT electrolysis devices tend to pay particular attention to the density level of productivity to be achieved as described above from the design stage, and thus the loss of conversion rate.

마지막으로, 이들 동일한 설계자에 있어서는 캐소드의 출구에서 예를 들어 고온 전기분해 장치 외부 하류에 추가적인 수단을 설치하는 것에 의해 생성된 수소로부터 변환되지 않은 증기를 분리하는 것이 용이하며, 여기서 이들 추가적인 수단의 기능은 생성된 수소로부터 나머지 증기를 분리하는 것이다. 동시에 제조되는 전기분해 장치의 대부분의 설계에서 이들 추가적인 수단은 수소로부터 물을 분리하도록 전기분해 장치 외부에 끼워진 응축기로 구성된다. 선택적인 다공성 막은 또한 전기분해 장치 외부에 끼워진 추가적인 수단으로 언급되어 왔으며 이는 증기에 비해 우선적으로 수소가 통과할 수 있게 한다. Finally, for these same designers it is easy to separate the unconverted steam from the hydrogen produced at the outlet of the cathode, for example by installing additional means downstream of the high temperature electrolysis device, where the function of these additional means is Is to separate the remaining steam from the hydrogen produced. In most designs of electrolysis devices produced at the same time, these additional means consist of a condenser fitted outside the electrolysis device to separate the water from the hydrogen. Selective porous membranes have also been mentioned as additional means fitted outside the electrolysis device, which allows hydrogen to pass preferentially over steam.

그러므로 전술된 바와 같이 종래 기술에 따라 고온 전기분해 장치의 단점은 다음과 같이 요약될 수 있다, 즉 그 효율성이 출구에서 증기가 남아있는 것으로 인해 완전하지 않으며 그 동작은 전기분해 반응 그 자체로부터 남겨진 증기로부터 생성된 수소를 분리하기 위해 추가적인 하류 수단을 사용할 것을 요구한다. Therefore, the disadvantages of the high temperature electrolysis device according to the prior art as described above can be summarized as follows: the efficiency is not complete due to the remaining steam at the outlet and the operation is the steam left from the electrolysis reaction itself. It requires the use of additional downstream means to separate the hydrogen produced therefrom.

따라서 본 발명의 하나의 목적은 종래 기술의 단점의 전부나 일부를 보상하는 것이며 그리하여 고온 전기분해 장치에서 수소 생산성 효율을 적어도 개선될 수 있게 하는 해법을 제안하는 것이다. One object of the present invention is therefore to compensate for all or part of the disadvantages of the prior art and thus to propose a solution which allows at least the hydrogen productivity efficiency to be improved in high temperature electrolysis devices.

본 발명의 보다 일반적인 목적은 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 기체나 증기가 흐르게 만들어지고 반응 기체가 초기 성분(들)이 흐르게 되는 경로에서 회수되는, 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 분자량보다 더 적은 분자량의 반응 기체를 생성하기 위하여 전기화학 방법의 효율성을 개선될 수 있게 하는 해법을 제안하는 것이다.A more general object of the present invention is an initial component (s) in gas or vapor form, in which a gas or vapor of initial component (s) in gas or vapor form is made to flow and the reactant gas is recovered in a path through which the initial component (s) flows. It is to propose a solution that can improve the efficiency of the electrochemical process in order to produce a reaction gas of molecular weight less than the molecular weight).

이를 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 목적은 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 기체나 증기가 흐르게 만들어지고 반응 기체가 초기 성분(들)이 흐르게 만들어지는 경로에서 회수되는, 기체나 증기 형태인 초기 성분(들)의 분자량보다 더 적은 분자량의 반응 기체를 생성하는 전기화학 방법으로서, 적어도 하나의 와류(vortex)가 반응 기체의 회수 영역으로부터 상류 영역에 형성되며, 여기서 상기 와류는 여전히 존재하는 초기 성분(들)이 상기 상류 영역에서 전기화학 공정을 거치게 하기 위하여 초기 성분(들)으로부터 생성된 반응 기체를 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 방법에 있다.To achieve this, one object of the present invention is a gas or vapor, in which a gas or vapor of the initial component (s) in gaseous or vapor form is made to flow and the reaction gas is recovered in a path through which the initial component (s) is made to flow. An electrochemical method for producing a reaction gas of molecular weight less than the molecular weight of the initial component (s) in the form, wherein at least one vortex is formed in the upstream region from the recovery region of the reaction gas, wherein the vortex is still present Wherein the initial component (s) can separate the reaction gas produced from the initial component (s) in order to undergo an electrochemical process in the upstream region.

반응 기체 회수 영역으로부터 상류 영역은 넓은 의미에서 증기로부터 수소로 변환이 일어나는 반응 영역인 것으로 고려되어야 하는 것은 자명하다. It is obvious that the region upstream from the reaction gas recovery zone should be considered to be a reaction zone where conversion from steam to hydrogen in a broad sense.

따라서, 본 발명은 본질적으로 반응으로부터 유도된 기체에 비해 초기 성분(들)의 출력을 느리게 하는 것이며, 이는 이것이 더 적은 밀도이므로 직접 출력될 수 있는 반면, 초기 성분(들)은 와류의 외부 쪽으로 접선방향으로 배출되고 그리하여 출구로부터 상류 영역에서 전기화학 공정을 다시 한번 거칠 수 있다는 것에 있다. Thus, the present invention essentially slows the output of the initial component (s) relative to the gas derived from the reaction, which can be output directly because it is less dense, while the initial component (s) tangential to the outside of the vortex Direction and thus again undergoes the electrochemical process in the region upstream from the outlet.

하나의 관점으로부터, 본 발명은 전술된 방법에 따라 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 삽입된 전해질로 형성된 적어도 하나의 기본 전기분해 셀에 의해 구현된 물을 고온 전기분해하는 방법으로서, 캐소드와 적어도 접촉하는 증기가 입구 단부로부터 출구 단부로 흐르게 만들어지고 이 단부를 통해 생성된 수소가 회수되고 이에 따라 적어도 하나의 와류가 출구 단부로부터 상류 영역에서 형성되며, 상기 와류/와류들은 여전히 존재하는 증기가 상기 상류 영역에서 전해 공정(electrolytic process)을 거치게 하기 위하여 여전히 존재하는 증기로부터 생성된 수소를 분리할 수 있는, 물을 고온 전기분해하는 방법에 관한 것이다. From one aspect, the present invention provides a method of high temperature electrolysis of water embodied by at least one basic electrolysis cell formed of a cathode, an anode and an electrolyte inserted between the cathode and the anode according to the method described above. Vapor at least in contact with the inlet end is made to flow from the inlet end to the outlet end whereby hydrogen produced is recovered and thus at least one vortex is formed in the upstream region from the outlet end, the vortices / vortices still present Relates to a method for high temperature electrolysis of water, which is capable of separating hydrogen produced from steam still present in order to undergo an electrolytic process in the upstream region.

그러므로 본 발명에 따라 와류를 형성하는 수단은 고온 전기분해 장치 그 자체에 병합되며 그리하여 수소의 출력을 증가시키고 와류 외부로 배출에 의하여 증기의 출력을 느리게 한다.The means for forming the vortex according to the invention are therefore incorporated in the high temperature electrolysis device itself, thus increasing the output of hydrogen and slowing the output of the steam by venting out of the vortex.

와류(또는 소용돌이)의 형성은 높은 구심 가속도를 달성할 수 있게 하고 그리하여 화학종에 따라 상이한 밀도의 구심력이 가해질 수 있게 한다. "고온"이라는 용어는 본 발명의 문맥에서 적어도 450℃인 온도, 일반적으로 700℃ 내지 1000℃의 온도를 의미하는 것으로 이해된다. The formation of vortices (or vortices) makes it possible to achieve high centripetal acceleration and thus to apply centripetal forces of different densities depending on the species. The term "high temperature" is understood in the context of the present invention to mean a temperature of at least 450 ° C, generally from 700 ° C to 1000 ° C.

이 통합으로 인해 출구 부근에서 잔여 증기가 다시 한번 수소로 변환되므로 생성된 수소를 위한 하나의 출구와 증기를 위한 입구를 가지는 고온 전기분해 장치(EHT)를 제조하는 것이 가능하다. 따라서 물을 전기분해하는 전기화학 반응로는 증기가 충분히 긴 시간 동안 남아있는 한, 입구에서 제공되는 증기를 완전히 변환한다. 그러므로, 하나 이상의 와류를 형성하는 것에 의해 물 분자들이 원심력에 의해 능동 전기화학 반응 영역에서 더 긴 기간 동안 유지될 수 있으며 이에 이들이 수소로 변환될 수 있는 가능성을 높여준다. This integration makes it possible to produce a high temperature electrolysis device (EHT) having one outlet for the generated hydrogen and an inlet for the steam since the residual steam is once again converted to hydrogen near the outlet. The electrochemical reactor thus electrolyzing water completely converts the steam provided at the inlet as long as the steam remains for a sufficiently long time. Therefore, by forming one or more vortices, water molecules can be retained for a longer period of time in the active electrochemical reaction zone by centrifugal force, thereby increasing the likelihood that they can be converted to hydrogen.

본 발명과 관련된 물을 전기분해하는 것은 바람직하게는 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 달성된다.Electrolysis of water associated with the present invention is preferably achieved at temperatures of 700 ° C to 1000 ° C.

유리하게는 성능, 즉 전기화학 효율을 개선시키기 위하여 서로에 대하여 병렬로 또는 직렬로 다수의 와류가 출구 단부로부터 상류 영역에 형성된다. Advantageously, a number of vortices are formed in the region upstream from the outlet end in parallel or in series with respect to one another in order to improve the performance, ie the electrochemical efficiency.

각 와류는 바람직하게는 적어도 80m/s, 바람직하게는 100m/s를 초과하는 접선 속도로 형성된다.Each vortex is preferably formed at a tangential velocity of at least 80 m / s, preferably in excess of 100 m / s.

또한 바람직하게는 각 와류는 이것이 106 m/s2를 초과하는 가속도를 달성할 수 있도록 형성된다.Also preferably each vortex is formed such that it can achieve an acceleration exceeding 10 6 m / s 2 .

본 발명은 또한 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 삽입된 전해질로 각각 형성된 기본 전기화학 셀의 스택을 구비하는 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 분자량보다 더 적은 분자량의 반응 기체를 생성하도록 의도된 전기화학 반응로로서, 적어도 하나의 상호연결 판은 2개의 인접한 기본 셀 사이에 끼워지고 상기 2개의 기본 셀 중 하나의 셀의 하나의 전극과 상기 2개의 기본 셀 중 다른 셀의 하나의 전극과 전기적인 접촉을 하며, 상호연결 판은 상기 캐소드와 상기 애노드에서 각각 유체가 흐르게 하기 위해 적어도 하나의 캐소드 구획과 적어도 하나의 애노드 구획을 한정하며, 이것은 캐소드 구획 및/또는 애노드 구획의 출구 단부로부터 상류 영역에 적어도 하나의 와류를 형성하는 수단을 포함하며, 상기 와류/와류들은 여전히 존재하는 초기 성분(들)이 상기 상류 영역에서 전기화학 공정을 거치게 하기 위하여 여전히 존재하는 초기 성분(들)으로부터 생성된 반응 기체를 분리할 수 있는 전기화학 반응로에 관한 것이다.The present invention also provides a reaction gas having a molecular weight less than the molecular weight of the initial component (s), which is in the form of a gas or vapor having a stack of basic electrochemical cells each formed of a cathode, an anode, and an electrolyte interposed between the cathode and the anode. An electrochemical reactor intended to produce, wherein at least one interconnect plate is sandwiched between two adjacent base cells and one electrode of one of the two base cells and one of the other of the two base cells In electrical contact with an electrode of the interconnecting plate, the interconnecting plate defining at least one cathode compartment and at least one anode compartment for allowing fluid to flow in the cathode and the anode, respectively, which is the outlet of the cathode compartment and / or the anode compartment. Means for forming at least one vortex in the region upstream from the end, the vortices / vortices still It is directed to an electrochemical reactor capable of separating the reaction gas produced from the initial component (s) still present in order for the initial component (s) present to undergo an electrochemical process in the upstream region.

와류/와류들을 형성하는 수단은 유리하게는 캐소드 구획의 출구 단부로부터 상류에 있는 적어도 하나의 상호연결 판에 관통된 홀이다. 이 해법은 구현하기에 간단하고 상호연결 판의 모든 유형에 용이하게 적용될 수 있다. The means for forming the vortices / vortices is advantageously a hole pierced in at least one interconnecting plate upstream from the outlet end of the cathode compartment. This solution is simple to implement and can easily be applied to all types of interconnect plates.

EHT 전기분해 장치에서 발견되는 관습적 흐름율과 전기분해 장치의 셀의 크기를 가진다면 홀의 직경은 바람직하게는 1mm 미만이다.The diameter of the hole is preferably less than 1 mm, given the customary flow rate found in the EHT electrolysis device and the cell size of the electrolysis device.

마지막으로, 본 발명은 전술된 반응로에서 상호연결 판으로 사용되도록 의도된 판에 관한 것으로서, 그루브 형태의 오목한 리세스(dished recesses)를 형성하는 2개의 부분적으로 버클링된 판(buckled plates)을 조립한 조립체로 구성되며, 상기 조립체는 적어도 하나의 개구를 구비하며, 각 개구는 두 조립된 금속 판을 횡단하며 그루브의 단부에서 상이하게 오목한 영역에서 만들어지고, 홀이 두 금속 판들 중 하나의 금속판을 횡단하며 또한 그루브의 단부에서 상이하게 오목한 영역에서 만들어지고, 상기 홀은 상기 개구의 주변에 분배되며, 상기 홀의 직경은 1mm 이하 정도이며, 상이하게 오목한 영역에서 금속 판의 조립체는 2개의 금속 판들 사이 그리고 이들이 만들어진 주변에서 개구와 홀 사이의 통로를 한정한다.Finally, the present invention relates to a plate intended to be used as an interconnecting plate in a reactor as described above, comprising two partially buckled plates that form grooved recessed recesses. Consisting of an assembled assembly, the assembly having at least one opening, each opening traversing two assembled metal plates and being made in a differently concave region at the end of the groove, the hole being one of the two metal plates And made in a differently concave region at the end of the groove, the hole is distributed around the opening, the diameter of the hole is about 1 mm or less, and in the differently concave region the assembly of the metal plate is two metal plates. Define the passage between the opening and the hole in between and around them.

홀의 수는 짝수인 것이 바람직하다. 이에 의해 와류의 교대 회전이 증가된다. The number of holes is preferably even. This increases the alternate rotation of the vortex.

다시 바람직하게는, 그루브의 단부가 기체와 증기의 혼합물이나 기체 제트가 상기 단부에서 형성되게 만들어지며, 여기서 제트는 또한 홀 중 하나에 대해 접선방향으로 유출을 가진다. 와류 현상은 이런 방식으로 접선방향으로 제트를 야기하는 것에 의해 증가된다.Again preferably, the end of the groove is made such that a mixture of gas and vapor or a gas jet is formed at the end, where the jet also has an outflow tangential to one of the holes. Vortex phenomena are increased by causing jets in a tangential direction in this way.

본 발명에 따르면, 고온 전기분해 장치에서 수소 생산성 효율이 개선될 수 있다.According to the present invention, the hydrogen productivity efficiency in the high temperature electrolysis device can be improved.

다른 특징과 잇점은 도면을 참조하여 이루어진 상세한 설명을 판독할 때 보다 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고온 전기분해 반응로의 일 실시예의 측면도.
도 5는 도 1의 반응로의 평면 A-A의 단면도.
도 1b는 도 1의 반응로의 평면 B-B의 단면도.
도 2는 고온 전기분해 반응로에 사용된 본 발명에 따른 상호연결 판의 평면도.
도 2a는 축 A-A를 따른 도 2의 상세 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 물리적 현상의 개략도.
도 4는 본 발명과 종래 기술에 따른 EHT 전기분해 장치의 입구에서 증기의 흐름율의 함수로서 평균 생산성의 변화 그래프를 도시하는 도면.
Other features and advantages will become more apparent when reading the detailed description made with reference to the drawings.
1 is a side view of one embodiment of a high temperature electrolysis reactor in accordance with the present invention.
5 is a cross-sectional view of the plane AA of the reactor of FIG.
1B is a cross-sectional view of the plane BB of the reactor of FIG. 1.
2 is a plan view of an interconnecting plate according to the invention used in a high temperature electrolysis reactor.
2A is a detailed cross-sectional view of FIG. 2 along axis AA.
3 is a schematic diagram of a physical phenomenon according to the present invention;
4 shows a graph of the change in average productivity as a function of the flow rate of steam at the inlet of an EHT electrolysis device according to the present invention and the prior art.

본 발명은 수소를 생성하기 위해 고온 물 전기분해 장치의 아키텍처 유형에 관하여 설명된다. 본 발명은 다른 아키텍처에 적용될 수도 있고, 또한 먼저 초기 생성물(들)보다 덜 조밀한 반응 생성물이 있고, 여기서 변환 반응은 시간 "및 재농축"을 요구하고 디바이스가 이 반응로에 삽입될 수 있는 다른 화학 또는 전기화학 반응로에 적용될 수도 있다는 것은 자명하다. 예시된 전기분해 장치가 동작하는 고온은 700℃ 내지 1000℃이다.The present invention is described in terms of the architectural type of a high temperature water electrolysis device to produce hydrogen. The present invention may be applied to other architectures, and also first there is a reaction product that is less dense than the initial product (s), where the conversion reaction requires time "and reconcentration" and other devices that can be inserted into this reactor. It is obvious that it may be applied to chemical or electrochemical reactors. The high temperature at which the illustrated electrolysis device operates is between 700 ° C and 1000 ° C.

"상류" 및 "하류" 라는 용어는 캐소드에서 생성된 수소와 증기의 흐름 방향에 대하여 사용되는 것으로 해석된다. The terms "upstream" and "downstream" are interpreted as being used with respect to the flow direction of hydrogen and vapor produced at the cathode.

상이한 요소들의 표현은 축척에 맞게 그려진 것이 아닌 것으로 이해된다. It is understood that the representation of the different elements is not drawn to scale.

도 1에서 본 발명에 따른 EHT 전기분해 장치는 다수의 적층된 기본 셀(C1, C2, 등)을 구비하는 것으로 도시되었다. In FIG. 1 an EHT electrolysis device according to the invention is shown having a plurality of stacked basic cells (C1, C2, etc.).

각 기본 셀은 캐소드와 애노드 사이에 위치된 전해질을 구비한다. Each base cell has an electrolyte located between the cathode and the anode.

본 상세한 설명의 나머지에서는 셀(C1 및 C2) 및 그 경계면을 상세히 설명한다. In the remainder of this description, the cells C1 and C2 and their boundaries are described in detail.

셀(C1)은 캐소드(2.1)와 애노드(4.1)를 구비하며 그 사이에는 "전해질 지지" 셀이라고 불리우는 셀의 경우에는 일반적으로 100㎛ 두께 그리고 "캐소드 지지" 셀이라고 불리우는 셀의 경우에는 수 ㎛ 두께의 전해질(6.1), 예를 들어 고형 전해질이 위치된다.Cell C1 has a cathode 2.1 and an anode 4.1 between which is generally 100 μm thick for a cell called an “electrolyte supported” cell and a few μm for a cell called a “cathode supported” cell. A thick electrolyte (6.1), for example a solid electrolyte, is placed.

셀(C2)은 캐소드(2.2)와 애노드(4.2)를 구비하며 그 사이에 전해질(6.2)이 위치된다. 모든 전해질은 고형 유형이다. The cell C2 has a cathode 2.2 and an anode 4.2 between which an electrolyte 6.2 is placed. All electrolytes are of solid type.

캐소드(2.1, 2.2)와 애노드(4.1, 4.2)는 다공성 물질로 만들어지고 각각 예를 들어 500㎛ 두께를 초과하는 일반적으로 1mm 정도 및 40㎛ 정도이다. The cathodes (2.1, 2.2) and the anodes (4.1, 4.2) are made of porous material and are generally on the order of 1 mm and 40 μm, respectively, for example exceeding 500 μm thickness.

셀(C1)의 애노드(4.1)는 애노드(4.1)와 캐소드(2.2)와 접촉하는 상호연결 판(8)에 의해 셀(C2)의 캐소드(2.2)에 전기적으로 연결된다. 나아가, 이것은 애노드(4.1)와 캐소드(2.2)에 전기적으로 전력을 공급하게 한다. The anode 4.1 of the cell C1 is electrically connected to the cathode 2.2 of the cell C2 by an interconnecting plate 8 in contact with the anode 4.1 and the cathode 2.2. In addition, this allows the anode 4.1 and the cathode 2.2 to be electrically powered.

상호연결 판(8)은 2개의 기본 셀(C1, C2) 사이에 배치된다.The interconnect plate 8 is arranged between the two basic cells C1, C2.

도시된 예에서, 이 상호연결 판은 하나의 기본 셀의 애노드와 인접한 셀의 캐소드 사이에 배치된다. 그러나, 이 상호연결 판은 2개의 애노드 또는 2개의 캐소드 사이에 배치될 수 있다. In the example shown, this interconnect plate is disposed between the anode of one base cell and the cathode of an adjacent cell. However, this interconnect plate can be arranged between two anodes or two cathodes.

상호 연결 판(8)은 인접한 애노드와 인접한 캐소드와 함께 유체가 흐를 수 있는 채널을 한정한다. 보다 구체적으로, 이들은 애노드(4)에서 기체의 흐름에 전용된 애노드 구획(9)과, 캐소드(2)에서 기체의 흐름에 전용된 캐소드 구획(11)을 한정한다.The interconnect plate 8 defines a channel through which fluid can flow along with adjacent anodes and adjacent cathodes. More specifically, they define an anode compartment 9 dedicated to the flow of gas at the anode 4 and a cathode compartment 11 dedicated to the flow of gas at the cathode 2.

도시된 예에서, 애노드 구획(9)은 벽(9.11)에 의해 캐소드 구획(11)으로부터 분리된다. 도시된 예에서, 상호연결 판(8)은 벽(9.11)과 함께, 애노드 구획(9)과 캐소드 구획(11)을 한정하는 적어도 하나의 덕트(10)를 더 구비한다. In the example shown, the anode compartment 9 is separated from the cathode compartment 11 by a wall 991. In the example shown, the interconnecting plate 8 further comprises at least one duct 10 defining an anode compartment 9 and a cathode compartment 11, with a wall 991.

도시된 예에서, 상호연결 판은 다수의 덕트(10)와 다수의 애노드 구획(9)과 다수의 캐소드 구획(11)을 구비한다. 유리하게는 덕트(10)와 구획들은 구획(9, 11)과 덕트(10)의 밀도를 증가시킬 수 있게 하는 6각형 벌집 단면(hexagonal honeycomb sections)을 가진다.In the example shown, the interconnecting plate has a plurality of ducts 10, a plurality of anode compartments 9 and a plurality of cathode compartments 11. Advantageously, the duct 10 and the compartments have hexagonal honeycomb sections that enable to increase the density of the compartments 9, 11 and the duct 10.

도 1a에 도시된 바와 같이 증기는 각 캐소드(2.1, 2.2)에서 순환된다.As shown in FIG. 1A, steam is circulated at each cathode 2.1, 2.2.

도 1a의 화살표(12)는 애노드 구획(9)과 캐소드 구획(11)에서의 경로를 명확히 나타낸다. The arrow 12 in FIG. 1A clearly shows the path in the anode compartment 9 and the cathode compartment 11.

도 1b에 도시된 바와 같이, 전기분해 장치의 아키텍처는 또한 덕트(10)의 제 1 단부(10.1)를 다른 미도시된 덕트를 통해 증기의 공급에 연결될 수 있게 하고 덕트(10)의 제 2 단부(10.2)를 캐소드 구획(11)에 연결될 수 있게 한다. 화살표(14)는 덕트(10)의 흐름(화살표 16)으로부터 캐소드 구획(11) 쪽으로 증기의 리턴 흐름을 도시한다.As shown in FIG. 1B, the architecture of the electrolysis device also enables the first end 10.1 of the duct 10 to be connected to the supply of steam through another unshown duct and to the second end of the duct 10. 10.2 can be connected to the cathode compartment 11. The arrow 14 shows the return flow of steam from the flow of the duct 10 (arrow 16) towards the cathode compartment 11.

애노드 구획(9)에서 흐르는 배기 기체는 산소를 배기하게 하도록 결정될 수 있다(화살표 13). 도 1a 및 도 1b의 화살표(12 및 13)는 명백히 애노드 구획(9)과 캐소드 구획(11)에서 동시적인 경로를 나타낸다. 본 발명의 문맥에서 도시된 흐름은 다른 방향(화살표 12 및 13의 반대 방향)으로도 동일하게 도시될 수 있다는 것은 자명하다.The exhaust gas flowing in the anode compartment 9 may be determined to exhaust oxygen (arrow 13). Arrows 12 and 13 in FIGS. 1A and 1B clearly show simultaneous paths in the anode compartment 9 and the cathode compartment 11. It is obvious that the flow shown in the context of the invention can be shown in the same way in the other directions (opposite of arrows 12 and 13).

본 발명자는 각 캐소드의 출구 단부에서 생성된 수소에서 남아 있는 수소와 증기가 혼합되는 것을 발견하였으며: 이 증기는 상류에서 일어난 전기분해 반응에서 남겨진 것이다. The inventors found that the hydrogen and steam remaining in the hydrogen produced at the outlet end of each cathode were mixed: this steam was left in the electrolysis reaction taking place upstream.

대부분 종종 전기분해 장치로부터 하류에 끼워진 응축기에 의하여 생성된 수소로부터 이를 분리하는 것에 의해 이 잔여 증기를 처리하는 것이 알려져 있다. Most often it is known to treat this residual steam by separating it from the hydrogen produced by a condenser fitted downstream from the electrolysis device.

본 발명자는 출구로부터 상류에 즉 생성된 수소를 수집하는데 전용된 출구 개구로부터 상류에 하나 이상의 와류/와류들을 형성하는 아이디어를 고안했다.The inventors devised the idea of forming one or more vortices / vortices upstream from the outlet, ie upstream from the outlet opening dedicated to collecting the generated hydrogen.

사실, 각 기본 전기분해 셀의 출구에 가까이 도달하는 혼합물에 있는 생성된 수소와 증기 사이에 상대적인 밀도는 수소의 분자량이 2g·mol-1인 반면, 증기의 분자량은 18g·mol- 1 이므로, 9이다. In fact, the relative density between the hydrogen and the steam generated in the mixture reaching near the outlet of each of the main electrolytic cell, while the hydrogen molecular weight of 2g · mol -1, the molecular weight of steam 18g · mol - 1, so 9 to be.

그리하여, 생성된 수소와 잔여 증기에 의해 구성된 혼합물의 흐름 증기에서 하나 이상의 와류/와류들을 형성하는 것에 의해 두 유형의 분자량(H2 및 H2O)은 상이한 원심력을 받으며, 이는 무거운 분자(H2O)의 원심력을 증가시켜 가벼운 분자(H2)를 추출하게 한다.Thus, by forming one or more vortices / vortices in the flow steam of the mixture composed of the produced hydrogen and residual steam, the two types of molecular weights (H 2 and H 2 O) are subjected to different centrifugal forces, which are heavy molecules (H 2 The centrifugal force of O) is increased to extract light molecules (H 2 ).

출구에서 증기 분자의 이러한 배출 현상은 출구에서 더 가까이 갈수록 더 강하게 일어난다.This phenomenon of vapor molecules at the outlet occurs stronger as it gets closer to the outlet.

도 2 및 도 2a에서 본 발명자가 아이디어를 고안한 와류를 형성하는 수단은 전술된 상호연결 판(8)을 구비하는 전기분해 장치의 아키텍처에 도시되어 있다.The means for forming the vortex in which the inventors devised the idea in FIGS. 2 and 2a are shown in the architecture of an electrolysis device having the interconnecting plates 8 described above.

각 상호연결 판(8)은 그루브(80) 형태의 오목한 리세스를 형성하는 부분적으로 버클링(buckled)된 2개의 금속 판(8.1, 8.2)을 조립한 조립체로 구성된다.Each interconnect plate 8 consists of an assembly of two partially buckled metal plates 8.1, 8.2 forming a recessed recess in the form of a groove 80.

도 2 및 도 2a에 도시된 바와 같이 조립체(8)는 적어도 하나의 개구(84)를 구비하며 각 개구는 두 조립된 금속 판을 횡단한다. As shown in FIGS. 2 and 2A, the assembly 8 has at least one opening 84, with each opening traversing two assembled metal plates.

이 개구(84)는 그루브(80)의 단부에서 상이한 방식으로 리세스로 오목한 영역(Z)에 만들어진다. 상이한 방식으로 리세스로 오목한 이 영역(Z)은 비오목한 영역일 수 있다. This opening 84 is made in the recessed area Z in a different way at the end of the groove 80. This region Z, which is recessed in a different way, may be a non-concave region.

그루브(80)의 단부에서 상이한 방식으로 오목한 영역(Z)에서 홀(83)은 2개의 금속 판(8.1) 중 하나의 판만을 횡단하며 개구(84)의 주변에 규칙적으로 분배된다. In the region Z concave in a different way at the end of the groove 80, the hole 83 traverses only one of the two metal plates 8. 1 and is regularly distributed around the opening 84.

홀(83)의 직경은 1mm 정도이지만 이보다 더 작을 수 있다. 바람직하게는 와류의 교대 회전을 증가시키기 위하여 홀(83)의 수는 짝수인 것이 바람직하다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 개구(84) 주변에 규칙적으로 이격된 홀(83)이 12개이다.The diameter of the hole 83 is about 1 mm but may be smaller than this. Preferably the number of holes 83 is even to increase the alternate rotation of the vortex. Thus, as shown in FIG. 2, there are 12 holes 83 regularly spaced around the opening 84.

상이하게 오목한 영역(Z)에서 2개의 금속 판(8.1, 8.2)의 조립체는 2개의 금속 판(8.1, 8.2) 사이 그리고 홀(83)과 개구(84) 사이에 통로(840)를 한정한다(도 2a).The assembly of two metal plates 8.1, 8.2 in differently concave regions Z defines a passage 840 between the two metal plates 8.1, 8.2 and between the hole 83 and the opening 84 ( 2a).

그루브(80)는 생성된 수소의 수집에 전용된 그루브이다. 이와 유사하게, 개구(84)는 전기분해 반응에 의해 생성된 수소의 회수에 전용된 개구이다: 이것은 관습적으로 공급 매니폴드라고 불리우는 수집 조립체의 일부를 구성하며 여기에 관통된 파이프(미도시)가 설치된다. Groove 80 is a groove dedicated to the collection of generated hydrogen. Similarly, opening 84 is an opening dedicated to the recovery of hydrogen produced by the electrolysis reaction: it conventionally constitutes part of a collection assembly called a supply manifold and through which pipes (not shown) Is installed.

1mm 이하의 직경의 홀(83)의 존재로 인해 그리고 영역(Z)에서 입구의 흐름율로 인해, 이 영역(Z)에 도달하는 혼합물(잔여 증기 및 생성된 수소)은 100m/s를 초과하는 접선 속도로 병렬로 여러 와류를 통과하여 지나간다. Due to the presence of holes 83 of diameter 1 mm or less and due to the flow rate of the inlet in the zone Z, the mixture (residual vapor and generated hydrogen) reaching this zone Z exceeds 100 m / s. Pass through several vortices in parallel at tangential speed.

이 혼합물은 그리하여 이하 수식을 사용하여 계산된 가속도를 받는다:This mixture is thus subjected to the acceleration calculated using the following formula:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서 here

Figure pct00002
: 가속도,
Figure pct00002
: Acceleration,

V: 접선 속도,V: tangential velocity,

R: 출구 홀의 반경R: radius of exit hole

또는

Figure pct00003
, 즉 지상 가속도에 1백만배에 가까운 가속도.or
Figure pct00003
Acceleration, close to 1 million times over ground acceleration.

이러한 가속도로 더 가벼운 수소 분자는 회수 개구(84)와 유체 연통하는 홀(83)을 통해 배기되는 경향이 있다(도 2a에서 화살표 15 참조). 수소의 분자량보다 더 무거운 잔여 증기에 있는 물 분자량은 그 기능상 외부 쪽으로 배출되는 경향이 있으며 그리하여 이용가능하며 영역(Z) 내, 즉 전기분해 장치 그 자체 내에 있는 전해 공정(electrolytic process)을 받을 수 있다. At this acceleration, lighter hydrogen molecules tend to be exhausted through the hole 83 in fluid communication with the recovery opening 84 (see arrow 15 in FIG. 2A). The molecular weight of water in the residual vapor, which is heavier than the molecular weight of hydrogen, tends to be discharged outward in its function and is therefore available and subject to an electrolytic process in zone Z, ie in the electrolysis device itself. .

도 2에 도시된 바와 같이 영역(Z)으로부터 상류에 있는 그루브(80)의 단부(800)는 수소와 증기의 제트가 상기 단부(800)에 형성되도록 유리하게 만들어진다. 나아가, 이 단부의 출구에서 이 제트는 각 홀(83)의 축에 접선방향인 흐름을 가진다. 홀(83)에 의해 형성된 와류의 현상은 훨씬 더 증가된다. As shown in FIG. 2, the end 800 of the groove 80 upstream from the zone Z is advantageously made such that a jet of hydrogen and vapor is formed at the end 800. Furthermore, at the exit of this end the jet has a flow tangential to the axis of each hole 83. The phenomenon of the vortex formed by the hole 83 is even more increased.

도 3은 홀(83)에 의해 형성된 와류에 의해 야기된 수소 기체(V)의 증기의 출현을 개략적으로 도시하며, 여기서 화살표는 물 분자의 주사 방향을 나타낸다. 3 schematically shows the appearance of the vapor of hydrogen gas V caused by the vortex formed by the hole 83, where the arrow indicates the scanning direction of the water molecules.

도 4는 EHT 전기분해 장치에서 본 발명에 의해 야기된 전체 효율의 증가를 도시한다:4 shows the increase in overall efficiency caused by the invention in an EHT electrolysis device:

- 실선 곡선(3)은 종래 기술에 따른 EHT 전기분해 장치에서 증기의 흐름율의 증가에 따른 평균 생산성의 변화를 도시한다,Solid line curve 3 shows the change in average productivity with increasing flow rate of steam in an EHT electrolysis device according to the prior art,

- 대시 곡선(5)은 본 발명에 따른 EHT 전기분해 장치에서 증기의 흐름율의 증가에 따른 평균 생산성의 변화를 도시한다,Dashed curve 5 shows the change in average productivity with increasing flow rate of steam in the EHT electrolysis device according to the invention,

- 점선 직선(LT)은 증기를 수소로 100% 변환하는 것이 완전히 달성되는 이론적인 경우에 증기의 흐름 율의 증가에 따른 평균 생산성의 변화를 개략적으로 도시한다.The dashed straight line (L T ) schematically shows the change in average productivity with increasing steam flow rate in the theoretical case where 100% conversion of steam to hydrogen is fully achieved.

본 발명으로 인해 곡선(5)은 이론적인 직선(LT)에 곡선(3)보다 더 가까운 것이 명백하다. 다시 말해, 본 발명에 따라 와류를 형성하는 것은 거의 100%의 증기 변환율로 이동을 야기한다. It is evident from the invention that the curve 5 is closer than the curve 3 to the theoretical straight line L T. In other words, forming a vortex in accordance with the present invention results in migration at a vapor conversion rate of nearly 100%.

전술된 본 발명은 이에 따라 반응 기체(이 예에서 H2)의 배기를 느리게 하고 그리고 초기 성분(들)을 구성하는 기체나 증기가 다른 전기화학 공정을 거치게 하는 것에 의해, 전기화학 반응으로부터 생성된 기체의 회수를 위해 회수 영역으로부터 상류 영역에 있는 하나 이상의 와류/와류들, 즉 홀의 축에 접선방향으로 하나 이상의 와류/와류들을 형성하는 것으로 구성된다. The present invention as described above thus produces a gas produced from an electrochemical reaction by slowing the exhaust of the reaction gas (H2 in this example) and causing the gas or vapor constituting the initial component (s) to undergo another electrochemical process. One or more vortices / vortices in the upstream region from the recovery region for recovery, i.e. form one or more vortices / vortices tangential to the axis of the hole.

2개의 성분을 분리하는데 사용된 종래 기술에서 와류를 형성하는 여러 방법에 비해, 본 발명의 경우에는 기체/증기의 하나의 입구와 기체의 하나의 출구가 있고, 와류/와류들이 반응 기체 회수 홀의 축에 접선방향으로 형성되는 것으로 규정된다. 그리고, 가장 가벼운 분자들이 외부 쪽으로 제거되는 종래 기술에 따라 형성된 와류와는 달리, 본 발명에서의 와류는 가장 무거운 분자, 즉 초기 성분(들)의 분자들이 외부쪽으로 제거되게 형성된다. Compared to the various methods of forming vortices in the prior art used to separate the two components, in the present invention there is one inlet of gas / steam and one outlet of gas and the vortices / vortices are the axes of the reaction gas recovery holes. It is defined to be formed in a tangential direction. And, unlike vortices formed according to the prior art, where the lightest molecules are removed to the outside, the vortices in the present invention are formed such that the heaviest molecules, ie molecules of the initial component (s), are removed outward.

전술된 본 발명은 많은 잇점을 제공한다.The present invention described above provides many advantages.

사실, 기본 전기분해 셀 그 자체 내에 직접 와류 형성 수단을 병합하는 것에 의한 잇점들은 다음과 같다:In fact, the advantages of incorporating vortex forming means directly into the basic electrolysis cell itself are:

- 전체 효율을 증가시킨다: 사실, 주어진 생산성에 대해 더 많은 물이 흐르게 할 필요가 없어 더 적은 물이 응축되어야 한다,-Increase the overall efficiency: in fact, there is no need for more water to flow for a given productivity, so less water must condense,

- 더 큰 효율성,-Greater efficiency,

- 구성의 간단성: 고온 전기분해 장치 그 자체 내에 만들어지는 홀이 간단하다,-Simplicity of configuration: the holes made in the high temperature electrolysis device itself are simple,

- 더 적은 증기가 흐르게 만들어져야 하고 출구에서 응축되어져야 하는 것으로 인해 콤팩트함이 개선됨, 그리고 이것은 열 교환기의 크기를 감소시킬 수 있게 한다.The compactness is improved by having less steam flow and condensate at the outlet, and this makes it possible to reduce the size of the heat exchanger.

고온 전기분해 장치에 대하여 설명되었으나, 본 발명에 따른 해법은 본 발명에 따른 와류/와류들이 반응 기체의 초기 성분(들)으로부터 원심력에 의해 가장 무거운 분자들이 분리될 수 있게 하는 한, 반응 기체가 증기 또는 기체 형태인 초기 성분(들)보다 더 적은 분자량을 가지는 모든 전기화학 방법에 적용가능하다. 초기 성분(들)은 반응 기체가 회수되는 출구에 바로 인접하여 상류 영역에 전기화학 반응을 다시 한번 거친다.Although a high temperature electrolysis device has been described, the solution according to the invention allows the reaction gas to be vaporized so long as the vortices / vortices according to the invention allow the heaviest molecules to be separated by centrifugal force from the initial component (s) of the reaction gas. Or applicable to all electrochemical methods having a lower molecular weight than the initial component (s) in gaseous form. The initial component (s) once again undergo an electrochemical reaction in the upstream region immediately adjacent to the outlet from which the reaction gas is recovered.

예를 들어, PEMFC 유형의 연료셀에서 캐소드에서 일어나는 반응은 다음과 같이 기록된다:For example, in a fuel cell of the PEMFC type, the reaction occurring at the cathode is recorded as follows:

O2 + 4H+ + 4e- → 2 H2O. O 2 + 4H + + 4e - → 2 H 2 O.

캐소드 출구에서 본 발명에 따라 와류를 형성하는 것에 의해 공급된 산소보다 더 용이하게 생성된 증기를 배기하는 것이 고려될 수 있다. At the cathode outlet it may be considered to exhaust the generated steam more easily than the oxygen supplied by forming a vortex according to the invention.

Claims (13)

기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 기체 또는 증기가 흐르게 만들어지고 반응 기체가 초기 성분(들)이 흐르게 만들어지는 경로에서 회수되는, 기체 또는 증기 형태인 초기 성분(들)의 분자량보다 더 적은 분자량의 반응 기체를 생성하는 전기화학 방법으로서,
상기 반응 기체의 회수 영역으로부터 상류 영역에 적어도 하나의 와류가 형성되며, 여기서 상기 와류는 여전히 존재하는 초기 성분(들)이 상기 상류 영역에서 전기화학 공정을 거치게 하기 위하여 여전히 존재하는 초기 성분(들)으로부터 상기 생성된 반응 기체를 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 방법.
Less than the molecular weight of the initial component (s) in gaseous or vapor form, which causes the gas or vapor of the initial component (s) in gaseous or vapor form to flow and the reactant gas is recovered in the path through which the initial component (s) is made to flow. As an electrochemical method of producing a reaction gas of molecular weight,
At least one vortex is formed in the upstream region from the recovery zone of the reaction gas, where the vortex is still present initial component (s) to still undergo the electrochemical process in the upstream region. Electrochemical method, characterized in that the generated reaction gas can be separated from.
제 1 항에 따라 물을 고온에서 전기 분해하는 방법으로서,
캐소드(2.1, 2.2), 애노드(4.1, 4.2) 및 상기 캐소드 및 상기 애노드 사이에 삽입된 전해질(6.1, 6.2)로 형성된 적어도 하나의 기본 전기분해 셀(C1, C2,..., Cn)에 의해 구현되며, 상기 캐소드와 적어도 접촉하는 증기가 입구 단부로부터 출구 단부로 흐르게 만들어지고 이 단부를 통해 생성된 수소가 회수되고 적어도 하나의 와류가 상기 출구 단부로부터 상류 영역에 형성되며, 상기 와류/와류들은 여전히 존재하는 증기가 상기 상류 영역에서 전해 공정(electrolytic process)을 거치게 하기 위하여 여전히 존재하는 증기로부터 생성된 수소를 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기분해 방법.
A method of electrolyzing water at high temperatures according to claim 1,
At least one basic electrolysis cell (C1, C2, ..., Cn) formed of a cathode (2.1, 2.2), an anode (4.1, 4.2) and an electrolyte (6.1, 6.2) inserted between the cathode and the anode. Wherein the vapor at least in contact with the cathode is made to flow from the inlet end to the outlet end and hydrogen generated through the end is recovered and at least one vortex is formed in the upstream region from the outlet end and the vortex / vortex They are capable of separating the hydrogen produced from the still present steam in order for the still present steam to undergo an electrolytic process in the upstream region.
제 2 항에 있어서, 700℃ 내지 1000℃의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 전기분해 방법.The electrolysis method according to claim 2, wherein the electrolysis is at a temperature of 700 ° C to 1000 ° C. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 서로 병렬로 다수의 와류들이 상기 출구 단부로부터 상류 영역에서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 방법.4. The method of claim 2 or 3, wherein a plurality of vortices are formed in the upstream region from the outlet end in parallel with each other. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 서로에 대하여 직렬로 다수의 와류들이 상기 출구 단부로부터 상류 영역에서 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 방법.4. The method of claim 2 or 3, wherein a plurality of vortices are formed in the upstream region from the outlet end in series with respect to each other. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 와류는 적어도 80m/s, 바람직하게는 100m/s를 초과하는 접선 속도로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 방법.6. The method of claim 1, wherein each vortex is formed at a tangential velocity of at least 80 m / s, preferably greater than 100 m / s. 7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 와류는 106 m/s2를 초과하는 가속도를 달성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 방법.7. The method of any one of the preceding claims, wherein each vortex is formed to achieve an acceleration in excess of 10 6 m / s 2 . 기본 전기분해 셀(C1, C2,..., Cn)의 스택을 포함하는 전기화학 반응로로서, 각 셀은 캐소드(2.1, 2.2), 애노드(4.1, 4.2) 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 있는 전해질(6.1, 6.2)로 형성되고, 적어도 하나의 상호연결 판(8)이 2개의 인접한 기본 셀 사이에는 끼워지고 상기 2개의 기본 셀 중 하나의 셀의 하나의 전극과 상기 2개의 기본 셀 중 다른 셀의 하나의 전극과 전기적으로 접촉하며, 상기 상호연결 판은 상기 캐소드와 상기 애노드에서 각각 유체가 흐르기 위해 적어도 하나의 캐소드 구획(11)과 적어도 하나의 애노드 구획(9)을 한정하는, 전기화학 반응로에 있어서,
상기 캐소드 구획 및/또는 상기 애노드 구획의 출구 단부(82)로부터 상류 영역(Z2)에 적어도 하나의 와류를 형성하는 수단(83)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 반응로.
An electrochemical reactor comprising a stack of basic electrolysis cells (C1, C2, ..., Cn), each cell having a cathode (2.1, 2.2), an anode (4.1, 4.2) and between the cathode and the anode And an at least one interconnecting plate 8 sandwiched between two adjacent base cells and having one electrode of one of the two base cells and one of the two base cells Electrical contact with one electrode of another cell, the interconnecting plate defining at least one cathode compartment 11 and at least one anode compartment 9 for fluid to flow in the cathode and the anode, respectively; In a chemical reactor,
And means (83) for forming at least one vortex in the upstream zone (Z2) from the cathode compartment and / or the outlet end (82) of the anode compartment.
제 8 항에 있어서, 상기 와류/와류들을 형성하는 수단은 유리하게는 상기 캐소드 구획의 출구 단부로부터 상류에 적어도 하나의 상호연결 판에 관통된 홀(83)로 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 반응로. 9. An electrochemical reactor according to claim 8, wherein the means for forming the vortices / vortices is advantageously comprised of a hole (83) perforated in at least one interconnection plate upstream from the outlet end of the cathode compartment. . 제 9 항에 있어서, 상기 홀의 직경은 1mm 미만인 것을 특징으로 하는 전기화학 반응로.10. The electrochemical reactor of claim 9, wherein the diameter of the hole is less than 1 mm. 판(8)으로서 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 반응로에 있는 상호연결 판으로서 사용되도록 의도되고, 그루브(80) 형태의 오목한 리세스를 형성하는 2개의 부분적으로 버클링된 판(buckled plates)(8.1, 8.2)을 조립한 조립체로 구성되며, 상기 조립체는 적어도 하나의 개구(84)를 구비하며, 각 개구는 두 조립된 금속 판을 횡단하며 상기 그루브의 단부(800)에서 상이한 방식으로 리세스로 오목한 영역(Z)에서 만들어지고, 홀(83)이 두 금속 판 중 하나의 판(8.1)을 횡단하며, 상기 홀은 또한 상기 그루브의 단부에서 상이하게 오목한 영역에서 만들어지며, 상기 개구(84)의 주변에서 분배되고, 상기 홀의 직경은 1mm 이하 정도이고, 상기 상이하게 오목한 영역에서 두 금속 판의 조립체는 상기 2개의 금속 판(8.1, 8.2) 사이 그리고 상기 홀(83)과, 상기 홀이 만들어지는 주변에 있는 개구(84) 사이에 통로(840)를 한정하는 것을 특징으로 하는 판.Two partially buckled as plates 8 intended for use as interconnecting plates in the reactor according to any one of claims 8 to 10 and forming a recessed recess in the form of grooves 80. Consisting of an assembly of buckled plates (8.1, 8.2), the assembly having at least one opening (84), each opening traversing two assembled metal plates and having an end (800) of the groove. In a recessed region Z in a different manner in which a hole 83 traverses a plate 8.1 of one of the two metal plates, the hole also being made in a different recessed region at the end of the groove In the periphery of the opening 84, the diameter of the hole is on the order of 1 mm or less, and in the differently concave area the assembly of the two metal plates is between the two metal plates 8.1, 8.2 and the hole 83 ) And the hole is made Plate, characterized in that to limit the passage 840 between the opening (84) in the area. 제 11 항에 있어서, 홀(83)의 개수는 짝수인 것을 특징으로 하는 판.12. The plate according to claim 11, wherein the number of holes (83) is even. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 그루브의 단부(800)는 기체와 증기의 혼합물 또는 기체 제트가 상기 단부에 형성되게 만들어지며, 상기 제트는 또한 상기 홀(83) 중 하나에 접선방향으로 유출을 가지는 것을 특징으로 하는 판.13. The groove 800 according to claim 11 or 12, wherein the end 800 of the groove is made such that a mixture of gas and vapor or a gas jet is formed at the end, the jet also tangentially to one of the holes 83. A plate characterized by having an outflow.
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