(57)【要約】  本発明は、セルの電解液室を通って流れる均一な流れを形成するための方法において、適切な構成手段によって、平均流量から１％〜２５％より小さな最大偏差を達成する。  本発明は、また、少なくとも２つの電解液室を有するセルに関しており、電解液室の夫々に、少なくとも１つの電極が配置されており、電解液室の夫々が、入口領域と出口領域を有しており、流れを横断する部分が、入口領域及び／又は出口領域内で、付加的な圧力低減を生じるように低減されている。
2007533855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルの電解質室を通って流れる均一流を形成するための方法において、適切な構成手段によって、平均流量から１％〜２５％より小さな最大偏差を達成することを特徴とする方法。
【請求項２】
平均流量からの最大偏差を、付加的な圧力低減となるようにすることによって達成する請求項１記載の方法。
【請求項３】
付加的な圧力低減を、以下の各式の１つに従って計算された、電解質室の入口領域内での圧力差の１〜１０倍にする：
流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されるが、主流れ方向は前記入口領域内で反対方向であるように前記電解質室の前記入口領域内に流れが供給される場合、
【数１】
2007533855.tif 000007
に従って前記圧力差が計算され、
流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されず、主流れ方向は前記入口流域内で反対方向であるように前記電解質室の前記入口領域内に流れが供給される場合、
【数２】
2007533855.tif 000008
に従って前記圧力差が計算され、
その際：
Pdyn =前記入口領域内の動圧、
Δpv =前記入口領域内の摩擦圧低減、
Ａ =平均流量からの最大偏差であって、０は偏差のない状態であり、１は、１００％付加的な偏差がある状態であり、
ΔPDV =付加的な圧力低減、及び
ΔpE =電解質室内の全圧力低減である請求項２記載の方法。
【請求項４】
付加的な圧力低減を、電解質室の入口及び／又は出口領域内の圧力低減要素によって行う請求項１から３迄の何れか１記載の方法。
【請求項５】
付加的な圧力低減を、流れの横断部を低減することによって行う請求項１から４迄の何れか１記載の方法。
【請求項６】
少なくとも２つの電解質室を有するセルであって、前記少なくとも２つの電解質室の夫々に、少なくとも１つの電極が配置され、前記各電極の夫々は、入口領域と出口領域を有しており、少なくとも１つの電解質室がアノライト（アノード液・正極液）室であって、他の１つの電解質室がカソード液室であり、前記アノライト（アノード液・正極液）室及び前記カソード液室は、夫々隣接していて、相互に少なくとも１つの膜によって分離されているセルにおいて、流れの横断部は、付加的な圧力低減を行うように、入口及び／又は出口領域内で低減されていることを特徴とするセル。
【請求項７】
付加的な圧力低減は、少なくとも１つの圧力低減要素を組み込むことによって行う請求項６記載のセル。
【請求項８】
少なくとも１つの圧力低減要素は、穴あき金属板又は流路付プレートである多孔質構造を有している請求項７記載のセル。
【請求項９】
少なくとも１つの圧力低減要素は、繊維状構造又は発泡体状構造又は細孔付プレートとして形成された流路付プレートである多孔質構造を有している請求項７記載のセル。
【請求項１０】
充填部材又は構造化パッキンが、圧力低減要素として使用される請求項７記載のセル。
【請求項１１】
少なくとも１つの圧力低減要素が電極である請求項７から１０迄の何れか１記載のセル。
【請求項１２】
電極は、多孔質構造を有している請求項６から１１迄の何れか１記載のセル。
【請求項１３】
入口領域は、電解質室の流入方向と平行に配列されている請求項６から１２迄の何れか１記載のセル。
【請求項１４】
出口領域は、電解質室の流出方向と平行に配列されている請求項６から１３迄の何れか１記載のセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルの電解質室(収納容器)を通って流れる均一流を形成するための方法、及び、セルに関する。
【０００２】
電気分解は、化学産業で非常に重要である。電気分解が使われる分野の例は、アルカリ塩の電気分解又は水素塩化物の電気分解による塩素の合成、クロム酸の電気分解生成、亜ジチオン酸ナトリウムの電気化学生成、及び、電気化学による浄水、純金属を得るための金属の析出である。
【０００３】
多数のセルの場合に、電極表面の活性表面領域が、電極表面の純粋に幾何的な寸法よりも大きな電極表面を提供することが望まれている。
【０００４】
この最も突出した例は、燃料電池技術内で見出される。例えば、ポリマー電解質燃料電池では、活性電極面は、イオノマーで飽和され、且つ、ガス拡散層の寸法に相応する反応領域よりも遙かに大きな対ガス反応領域を形成するために疎水化される、特定の方法によって活性化されるカーボンブラックをベースにしたガス拡散層から形成されている。
【０００５】
有機電気化学では、例えば、電極は、特に間接処理のため、即ち、謂わば、反応溶液内に少量の電気触媒活性酸化還元系がある処理のために、電極の活性表面領域を増大するためにフェルト製電極が使われている。同様の配列が電気的な酵素系（electro-enzymatics）で使用されている。例えば、接合された（assembled）複数の網層から形成されたカソードを有するマルチカソードセルが、バット染料の電気化学的還元用に使用される。
【０００６】
糖が糖酸になる酸化は、アノードグリッドを備えた特殊な撹拌反応器で実行される。スループットを大きくするために、リブ付構造にされているカソードが、フタル酸を還元してジヒドロフタル酸にするために使用されている。
【０００７】
ニッケル酸化触媒反応のために、所謂スイスロールセル（Swiss roll cell）が開発された。ここでは、アノード及びカソードは螺旋状に巻回されている。
【０００８】
電極の純幾何寸法よりも大きな活性面を有する電極が、３次元電極として言及されることが屡々ある。
【０００９】
大きな表面領域を持った材料の層が電極基板上にプリコーティングされた配列が知られている。
【００１０】
例えば、金属ガラスのストリップから形成された層状の組織が、有機及び無機電気分解で知られている。
【００１１】
そのような３次元電極は、例えば、溶出液から微量の金属を沈殿するために、無機電気分解で使用されている。例えば、粒子床のフェルト化電極が、このために使用されている。
【００１２】
例えば、網状組織の形状の電極を、亜ジチオン酸ナトリウムを生成するために使用してもよい。
【００１３】
目下用いられているセルの欠点は、電極表面上の流体動力学、つまり、液体／気体混合物の２相流が、全電極及び電解質室の形状構造を設計することによって、不十分にしか定義されていないことが屡々あるという事実にある。燃料電池では、例えば、気体の供給が、所謂流れ場によって正確に確立されているが、液相の形成は、気体の供給並びに電位分布及び電流密度分布と臨界的に干渉し合うことがあるので、この液相の形成は、恐るべき現象の１つである。この干渉により、セルが破壊されてしまうことがある。
【００１４】
流れの場を使って全電極と電解質室の形状を設計することにより、例えば、気体を放出する２つのグリッド電極を、膜によって離隔して相互に対向させる膜方法によってアルカリ塩を電気分解する場合などでは比較的非臨界的となる。放出される気泡によって生じる「マンモスポンプ効果(mammoth pump effect)」により、２つの電解質室内を十分な等分布状態にすることができる。電解質を強く再循環させる必要はなく、電解質を確定して再循環させる必要もない。
【００１５】
高スループットで、高選択度にすることが臨界量であるセルの場合、所定の流体動力学なしにはセルに問題が生じる。管理されていない２次成分の形成が生起し得る無駄スペースを回避するために、及び、電極表面の最適利用を達成するために、最大均一電流密度分布となるように、電解質室内に反応液が最大均一に分布される必要がある。
【００１６】
そのために、電極表面の直近の外側の液体流を制御する必要がある。無駄スペースの例は、気体のクッション（つまり、静的な気泡）又は液体が流れない領域である。そのような領域は、例えば、渦の形成、逆流又は流路内の障害物での滞留によって生じる。
【００１７】
通気多孔質電極が電解質膜セルに使われた場合、アノライト（アノード液・正極液）室及びカソード液室内の不均一な圧力分布により、膜と多孔質電極との間に形成される側路が生じることがあり、この側路を通って、電解質が流れる。これにより、スループットが低減してしまう。流れが通過する電極の場合に、用語「側路」は、ここでは、この側路を通るというよりも寧ろ、電極を通過して流れる流れを意味するものとする。
【００１８】
米国特許第４２０４９２０号明細書からは、電解質膜セルの場合に、アノライト（アノード液・正極液）室内をカソード液室内よりも高い圧力に設定することが知られており、その結果、膜は、アノードからカソードの方に押しのけられてしまう。
【００１９】
しかし、範囲が狭い滞在時間分布、従って、電解質室内で均一に変換するのに必要な、横断部を通る均一流は、アノライト（アノード液・正極液）室及びカソード液室に対して異なった背圧を設定することによって達成されない。
【００２０】
本発明の課題は、セルの電解質室を通って均一流が流れるようにする方法、従って、範囲が狭い滞在時間分布となるようにする方法を提供することにある。
【００２１】
この課題は、本発明によると、適切な構成手段によって、平均流量から１％〜２５％より小さな最大偏差を達成するようにした、セルの電解質室を通って流れる均一流を形成するための方法により解決される。
【００２２】
セルは、有利には、少なくとも２つの電解質室によって形成される。この場合、少なくとも１つの電解質室は、アノライト（アノード液・正極液）室であり、少なくとも１つの電解質室は、カソード液室である。アノライト（アノード液・正極液）室とカソード液室は、夫々隣接していて、少なくとも１つの膜によって相互に離隔されている。
【００２３】
平均流量からの最大偏差は、有利には、付加的な圧力低減を設定することによって達成される。これは、有利には、電解質室の入口領域内の圧力差の１〜１０倍である（即ち、付加的な圧力低減が適用されない場合に、入口領域への供給部と電解質室内の電極との間の入口領域内での圧力低減である）。流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されるが、主流れ方向は前記入口領域内で反対方向であるように前記電解液室の前記入口領域内に流れが供給される場合、計算は、式（１）に従って実行される：
【数１】
2007533855.tif 000003
【００２４】
ここで、電解質室の幅は、電解質室内での主流方向に対して垂直方向及び電界の主方向に対して垂直方向に延びる寸法である（間隙幅）。
【００２５】
上述のタイプとは異なったやり方で供給が行われる場合、計算は、式（２）に従って実行される：
【数２】
2007533855.tif 000004
【００２６】
この式は、特に、電解質室の幅に関して電解質室に対して横方向に供給が行われる場合にあてはまる。
【００２７】
この式で：
ΔPDV =付加的な圧力低減、
Δpv =入口領域内の摩擦圧低減、
Pdyn =入口領域内の動圧力、
ΔpE =電解液室内の全圧力低減、
Ａ =平均流量からの最大偏差であって、０は偏差のない状態であり、１は、１００％偏差がある状態を示す。
【００２８】
ここで、電解質室に関して中心とは、電極の流入側での流れ方向に対して垂直な横断部真ん中のことである。
【００２９】
有利な実施例では、付加的な圧力低減は、電解質室の入口及び／又は出口領域内での圧力低減要素（即ち、付加的な圧力低減が得られるような寸法に設計すること）によって行われる。ここで、入口領域は、電解質室への供給部と電極との間の領域である。一般的に、流れ横断部は、電解質室の横断部に対して幅広くされており、供給が、流れ方向での電解質室と同一平面上にない場合、電解質室を通って流れるために流れがずらされる。これに相応して、出口領域は、電極と電解質室からの排出部との間の領域である。例えば、入口領域を、配流部として構成し、出口領域をコレクタとして構成してもよい。圧力低減要素は、有利には、流れ横断部を低減する。有利な実施例では、圧力低減要素は、電解質室の入口領域及び／又は出口領域内に構成されたものである。
【００３０】
入口領域及び／又は出口領域内の圧力低減要素は、例えば、入口領域又は出口領域内の圧力勾配によって生じる、流量差を補償する。例えば、圧力勾配は、電極内の流れ方向に対して垂直方向に配列された入口領域への供給部から生じる。従って、液体は、入口領域内で向きがずらされる。入口領域は、供給部から反対側に徐々に近付く。液体は、先ず、供給部によって指示される方向に流れる。液体は、圧力を大きくする供給部とは反対側で滞留する。それから、液体は、大きくなった圧力のために、電極内でずらされる。少なくとも１つの圧力低減要素を用いることによって達成される効果は、圧力低減要素を通って流れた後、圧力が均一に分布されることである。これにより、流量が均一になる。
【００３１】
入口領域内の圧力の非均衡分布状態に寄与する、それ以外の構成要素は、液体の慣性及び入口領域内での摩擦損である。
【００３２】
出口領域内での圧力勾配は、例えば、電解質室から出口のところに液体が蓄積するか、又は、電気分解中形成される気体が出口領域内に蓄積する場合に生じる。出口領域は、有利には、電解質室の流出側に対して平行に延びている。出口領域の横断部領域が同じままである場合、液体又は気体の量が増大するために、流れの方向で速度が速くなる。入口領域同様に、出口領域も、有利には一方の側が閉じられている。流れ方向での液体又は気体の量は、出口領域内で増大するので、圧力は、ここでも同様に変化する。出口領域内での圧力分布に影響を及ぼす別の要因は、入口領域の場合と同様に、慣性作用と摩擦である。有利な実施例では、従って、圧力低減要素は、電解質室内の均衡分布のために、出口領域内に配置される。
【００３３】
均一流量は、入口領域内への供給部が、電解質室の供給部と反対側に位置していて、入口領域がディフューザセルの形式で広幅である場合に達成することができる。しかし、ディフューザの小さな開口角度のために、こうするには、著しく大きなスペースが必要となって、セルを設置するのに利用不可能であることが屡々である。ディフューザ内の一方の横断部から他方の横断部にゆっくり移動することによって、長い滞留時間となってしまい、それに応じて、著しくホールドアップ状態となる。入口領域の任意の点に供給部を設け、出口領域の任意の点に排出部を設けることによって、入口領域内及び／又は出口領域内に圧力低減要素を用いることによって、ディフューザを用いる場合と比較して、スペースの必要性を著しく減らすことができるようになる。同時に、入口領域と出口領域の容積を小さくすることによって、ホールドアップ状態を減らすことができる。
【００３４】
本発明では、用語「入口領域内」とは、圧力低減要素が、供給部と電解質室との間に設けられていることであり、又は「出口領域の近傍」とは、圧力低減要素が、電解質室と排出部との間に設けられていることである。
【００３５】
多くの用途では、夫々アノライト（アノード液・正極液）室とカソード液室を有している複数のセルが一緒に結合されて、高いスループットを達成するようにされている。液体は、有利には、供給部を、入口領域で各電解質室に夫々分岐する通路を有する配流システムを介して個別セルに供給される。電解質室の出口側では、出口領域がそれぞれ放出通路内につながった排出部に接合されている。その構成上の特徴のために、圧力低減要素として使用することができる固定形成部（Fixtures）が、当業者に知られている。穴あき金属板が、圧力低減要素の例である。穴あき金属板内の開口は、何れかの横断部に設けるとよい。中ぐり孔は、穴あき金属板内の有利な開口である。
【００３６】
少なくとも１つの通路を有するプレートは、圧力低減要素として適している。複数の通路がある場合、有利には、相互に平行に設けられている。各通路は、有利な実施例では、円形横断部を有している。その理由は、円形横断部が、通常のツールで最も簡単に形成されるからである。しかし、通路を、楕円又は少なくとも３つの頂点を有する多角形の形状にしてもよい。当業者に知られている何らかの別の横断部幾何形状も、板内に含まれている通路用に形成してもよい。有利には、圧力低減要素内に間隙を設けてもよい。
【００３７】
別の実施例では、圧力低減要素は、繊維状の構造又は発泡体状構造又は細孔部を有するプレートとして形成してもよい。
【００３８】
特に、穴あき金属板又はプレートが、圧力低減部材として使われる流路を有する場合、流れは、圧力低減要素からのジェットの形状となる。このジェットは、圧力低減要素の下流側に接続されている作動電極内に直接継続してはいけない。その理由は、ジェットは、その際、作動電極内に著しく大きな圧力低減を生じるからである。この理由のために、有利な実施例では、形成されるジェットの分布用の沈降部が、圧力低減要素と作動電極との間に設けられる。
【００３９】
出口領域は、ほぼ、入口領域と同様に構成されているので、この構成は、入口領域の場合とほぼ同じである。しかし、出口領域内では、摩擦効果が生じていることが屡々である。つまり、電解質室からの均一な溶出液は、流れを均一にするために、一層大きな圧力低減を必要とすることが屡々ある。
【００４０】
多孔質電極が使用されている場合、電極を通る流れに起因する圧力低減を、同様に、圧力低減要素をディメンショニングする場合、考慮する必要がある。
【００４１】
多孔質電極が使用されている場合、均一な電解質変換のためには、電解質が電極を通って均一に流れる必要がある。このことは、アノライト（アノード液・正極液）室とカソード液室との間の膜を、多孔質電極に対して固定することによって達成される。方法の有利な変形実施例では、これは、多孔質電極を有する電解質室内の圧力を、他の電解質室内の圧力よりも低いレベルに保持することによって達成される。多孔質電極を有する電解質室は、この場合、電解質セルがどのようにして使用されるかに依存して、アノライト（アノード液・正極液）室又はカソード液室である。膜を多孔質電極上に押圧するために、電解質室内に必要な圧力レベルは、有利には、出口領域内に背圧を設定することによって達成される。
【００４２】
出口領域内での背圧は、この場合、多孔質電極を有する電解質室内の何れかの点での圧力が、他の電解質室内の圧力よりも低いように選択する必要がある。
【００４３】
別の実施例では、特に、繊維又は泡状の構造が、圧力低減要素として使用され、これらは、付加的な電極である。
【００４４】
繊維又は発泡体状の構造、又は、充填部材又は構造化パッキンが、圧力低減要素として使用される場合、横方向の流れのために、均一な速度プロフィルが既に圧力低減要素で得られているので、圧力低減要素の後ろ側に沈降部を設ける必要がない。
【００４５】
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は、セルの断面図を示し、
図２は、セルの電解質室の断面図を示し、
図３は、セルスタックの断面図を示し、
図４は、配流部及び当該配流部内に設けられた圧力低減要素を有するカソード液室の詳細図を示し、
図５は、配流部及び細孔部を有する圧力低減要素を有する電解質室の詳細図を示す。
【００４６】
図１は、セルの断面図を示す。
【００４７】
セル１は、アノライト（アノード液・正極液）室２と、カソード液室３を有している。ここに図示した実施例では、アノライト（アノード液・正極液）室２は、アノード４をプレートの形式で有している。アノライト（アノード液・正極液）室２内にプレートとして形成されたアノード４の他に、アノライト（アノード液・正極液）室２の壁１４も、アノード４の機能を充足するようにバイポーラプレートとして形成してもよい。
【００４８】
カソード液室３は、多孔質構造を有していて、全カソード液室３を占めるカソード５を有している。
【００４９】
カソード液室３は、膜によってアノライト（アノード液・正極液）室２から隔離されている。カソード液室３内のカソード５を通って流れる流れを均一にするために、膜６がカソードに当接して固定されている。そのために、有利には、アノライト（アノード液・正極液）室２内のどの点での圧力も、カソード液室３内よりも高い。このようにして、カソード５と膜６との間の側路が形成されるのが阻止され、カソード液の全てが、多孔質構造として形成されたカソード５を通って流れる。
【００５０】
図１の実施例では、アノライト（アノード液・正極液）は、アノライト（アノード液・正極液）室２に圧力低減要素９．１を介して、アノライト（アノード液・正極液）配流部１０として形成された入口領域から供給される。アノライト（アノード液・正極液）は、別の圧力低減要素９．３を介して、コレクタ１２として形成された出口領域内に流れる。アノライト（アノード液・正極液）の流れ方向は、参照番号７の矢印によって示されている。
【００５１】
カソード液は、カソード液室３内に、圧力低減要素９．２を介して、カソード液配流部１１として形成された入口領域から流入し、それから、電極５を通って流れ、最後に、圧力低減要素９．４を介して、カソード液コレクタ１３として設計された出口領域に流れる。
【００５２】
図２は、セルの電解質室の断面図を示す。カソード液室は、ここでは、図１に比べて９０°回転されている。
【００５３】
カソード液は、カソード液配流部１１に中央供給路１５又は側方供給路１７のどちらかを通って入る。ここから、カソード液は、圧力低減要素９．２を介して、多孔質カソード５によって完全に占められているカソード液室３内に流入する。カソード液は、多孔質カソード５を通って流れ、圧力低減要素９．４を介してカソードコレクタ１２に入る。カソード液は、カソード液コレクタ１２から中央流出路１６又は側方流出路１８を介して取り出される。
【００５４】
図３は、セルスタックの断面図を示す。
【００５５】
セルスタック１９は、少なくとも２つのセル１を有する。
【００５６】
要求されるスループットに依存して、幾つかのセル１をセルスタック１９として一緒に結合することができる。アノライト（アノード液・正極液）室２とカソード液室３は、夫々交互にセルスタック１９内に設けられている。セル１内のアノライト（アノード液・正極液）室２とカソード液室３は、膜６によって離隔されている。２つのセルは、例えば、バイポーラプレートとして形成された壁１４によって離隔されている。
【００５７】
図３には、セルスタック１９の各アノライト（アノード液・正極液）室２と各カソード液室３に、配流部１０，１１を介して、相応の電解質が、謂わば、カソード液又はアノライト（アノード液・正極液）が供給される様子が示されている。そのために、アノライト（アノード液・正極液）は、圧力低減要素９．１、９．２を介して流れ、従って、夫々アノード室２又はカソード室３に入る。出口側で、電解質は、圧力低減要素９．３、９．４を通って流れ、それから、夫々アノライト（アノード液・正極液）室２又はカソード液室３となるように形成されたコレクタ１２，１３に入る。電解質の流れ方向は、ここに矢印７．８によって示されている。
【００５８】
電解質がセル１を通って上方に流れる、図１〜図３に示されている流れ方向の他に、電解質が、反対方向の下側にセル１を通って流れるようにしてもよい。セル１は、更に、配流部１０，１１と、コレクタ１２，１３が同一レベルであるように配置してもよい。セル１は、所望の角度で傾斜していてもよい。
【００５９】
図４は、配流部及び圧力低減要素を有するカソード液室の詳細図を示す。
【００６０】
図４から分かるように、カソード液配流部１１内のカソード液は、カソード液室３内の流れ方向に対して横方向に流れる。カソード液のいくらかは、開口２３を通って圧力低減要素９．２内に流れる。こうすることによって、液体の量を低減することができ、従って、配流部１１内の流量を低減することができる。配流部が中央供給路１５又は側方供給路１７を１つしか有しておらず、流出路を有していない場合、液体は、配流部１１内に滞留し、従って、中央供給路１５又は側方供給路１７からの距離が長くなるに連れて、圧力が低減するようになる。高い圧力の効果により、この位置で、カソード液室３内に液体が一層流れる。式（１）又は式（２）に従って計算されたように圧力を低減する圧力低減要素９．２によって、カソード５の全幅に亘って、均一な流量を達成することができる。つまり、開口２３を通って圧力低減要素９．２内に流入した液体ジェットはカソード５に直接当たらず、沈降部２１が圧力低減要素９．２の後ろ側に形成される。開口２３を通過した液体は、沈降部で、矢印２２によって示された流れ方向に従って拡張される。沈降部２１内で、殆ど一定圧により、従って、カソード５内へのむらのない流入速度で、均一に液体を配流することができる。
【００６１】
アノライト（アノード液・正極液）室２への配流部１０内に圧力低減要素９．１を使う場合の構造は、カソード液室３の場合の図４に図示した構造に相応している。
【００６２】
出口側でも同様に、沈降部２１は、有利には、多孔質カソード５と圧力低減要素９．４とをつなぐように形成される。こうすることによって、圧力低減要素９．４の不浸透性領域に液体が滞留しても、多孔質カソード５内で滞留せず、その代わりに、均一な流量が、カソード５内に沈降部２１まで維持される。
【００６３】
多孔質アノード４が使用される場合、沈降部２１を、多孔質カソード５と同様に、多孔質アノード４と圧力低減要素９．３との間に形成する必要がある。
【００６４】
圧力低減要素９．１，９．２，９．３，９．４内の開口２３は、例えば、穴あき金属板となるように穿孔して形成してもよい。通常の丸い孔横断部の他に、別の何らかの横断部にしてもよい。
【００６５】
例えば、開口２３を、電解質室の全長さに亘る間隙にしてもよい。ここで、用語「長さ」は、電解質の流れ方向に対して垂直方向の電極の大きな範囲を意味するものとする。
更に、図５に示されているように、圧力低減要素９．１，９．２，９．３，９．４は、細孔２４を有するようにしてもよい。ここでは、圧力低減要素９．１，９．２，９．３，９．４内での圧力低減は、本来、摩擦力によって形成される。
【００６６】
圧力低減要素９．１，９．２，９．３，９．４内の開口２３又は細孔２４の他に、繊維状構造又は発泡体状構造、並びに、充填部材又は構造化パッキンが、圧力低減要素９．１，９．２，９．３，９．４として適している。
【００６７】
例
プレートセルは、５ｍｍｘ５００ｍｍの貫流横断部を有している。配流部は、電解質の配流のために、寸法２０ｘ２０ｘ５００ｍｍに選定されている。電解質の容積流量は、１０００ｋｇ／ｍ3の電解質濃度で、７２０  ｌ／ｈである。流れの均一化は、穴あき圧力低減要素によって達成される。その際、平均流量からの最大偏差は、５％である。
【００６８】
配流誤差は、慣性によって決定される必要がある。
【００６９】
ｖ＝Ｖ／Ａ＝（７２０  ｌ／ｈ）／（２０  ２０ｍｍ2）＝０．５ｍ／ｓ
の最大流量は、容積流量及び配流路の横断部から得られる。
【００７０】
これにより、１０００ｋｇ／ｍ３の電解質濃度ρで、
ｐdyn＝０．５・ρ・ｖ2＝１．０２ｍｂａｒ
の動圧が得られる。
【００７１】
目的５％偏差のために、式（１）により、圧力低減要素に１２．２ｍｂａｒの圧力低減が要求される。該当圧力低減パラメータを考慮すると、そのような圧力低減は、開口の圧力低減パラメータξ＝１．５を用いて、
【数３】
2007533855.tif 000005
の流量を用いて得られるにすぎない。
【００７２】
７２０  ｌ／ｈの容積流量を考慮すると、
【数４】
2007533855.tif 000006
の所要最大全流れ横断部が得られる。
【００７３】
夫々寸法３ｍｍ直径の穿孔にすると、これは、１７．４個の穿孔に相応する。従って、１７個の穿孔を有する圧力低減要素が洗濯される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】セルの断面図
【図２】セルの電解質室の断面図
【図３】セルスタックの断面図
【図４】配流部及び当該配流部内に設けられた圧力低減要素を有するカソード液室の詳細図
【図５】配流部及び細孔部を有する圧力低減要素を有する電解質室の詳細図
【符号の説明】
【００７５】
１  セル
２  アノライト（アノード液・正極液）室
３  カソード液室
４  アノード
５  カソード
６  膜
７  アノライト（アノード液・正極液）の流れ方向
７  カソード液の流れ方向
９．１，９．２，９．３，９．４  圧力低減要素
１０  アノライト（アノード液・正極液）配流部
１１  カソード液配流部
１２  アノライト（アノード液・正極液）コレクタ
１３  カソード液コレクタ
１４  壁
１５  中央供給路
１６  中央流出路
１７  側方供給路
１８  側方流出路
１９  セルスタック
２０  配流部１１内での流れ方向
２１  沈降部
２２  沈降部２１内での流れ方向
２３  開口
２４  細孔部
【図１】
2007533855.tif 000009
【図２】
2007533855.tif 000010
【図３】
2007533855.tif 000011
【図４】
2007533855.tif 000012
【図５】
2007533855.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月7日(2006.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルの電解質室(室)を通って流れる均一流を形成するための方法であって、適切な構成手段によって、平均流量から１％〜２５％より小さな最大偏差を達成する方法において、
以下の各式の１つに従って計算された、電解質室の入口領域内での圧力差の１〜１０倍の付加的な圧力低減となるようにすることによって、平均流量からの最大偏差を達成し：
流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されるが、主流れ方向は前記入口領域内で相互に反対方向であるように前記電解質室の前記入口領域内に流れが供給される場合、
【数１】
2007533855.tif 000014
に従って前記圧力差が計算され、
流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されず、主流れ方向は前記入口流域内で反対方向であるように前記電解質室の前記入口領域内に流れが供給される場合、
【数２】
2007533855.tif 000015
に従って前記圧力差が計算され、
その際：
Pdyn =入口領域内の動圧力、
Δpv =前記入口領域内の摩擦圧低減、
A =平均流量からの最大偏差であって、０は偏差のない状態であり、１は、１００％偏差がある状態であり、
ΔPDV =付加的な圧力低減、及び
ΔpE =電解質室内の全圧力低減であることを特徴とする方法。
【請求項２】
付加的な圧力低減を、電解質室の入口及び／又は出口領域内の圧力低減要素によって行う請求項１から３迄の何れか１記載の方法。
【請求項３】
付加的な圧力低減を、流れの横断部を低減することによって行う請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも２つの電解質室を有するセルであって、前記少なくとも２つの電解質室の夫々に、少なくとも１つの電極が配置され、前記各電極の夫々は、入口領域と出口領域を有しており、前記各電極の夫々は、少なくとも１つの電解質室がアノライト（アノード液・正極液）室(室)であって、他の１つの電解質室がカソード液室であり、前記アノライト（アノード液・正極液）室及び前記カソード液室は、夫々隣接していて、相互に少なくとも１つの膜によって分離されているセルにおいて、流れの横断部は、付加的な圧力低減を行うように、入口及び／又は出口領域内で低減されており、前記圧力低減の際、以下の各式の１つに従って計算された、電解質室の入口領域内での圧力差の１〜１０倍の付加的な圧力低減となるようにし：流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されるが、主流れ方向は前記入口領域内で相互に反対方向であるように前記電解質室の前記入口領域内に流れが供給される場合、
【数３】
2007533855.tif 000016
に従って前記圧力差が計算され、流入容積流が、２つの副流にほぼ均一に分流されず、主流れ方向は前記入口流域内で反対方向であるように前記電解質室の前記入口領域内に流れが供給される場合、
【数４】
2007533855.tif 000017
に従って前記圧力差が計算され、その際：
Pdyn =入口領域内の動圧力、
Δpv =前記入口領域内の摩擦圧低減、
A =平均流量からの最大偏差であって、０は偏差のない状態であり、１は、１００％偏差がある状態であり、
ΔPDV =付加的な圧力低減、及び
ΔpE =電解質室内の全圧力低減であることを特徴とするセル。
【請求項５】
付加的な圧力低減は、少なくとも１つの圧力低減要素を組み込むことによって行う請求項４記載のセル。
【請求項６】
少なくとも１つの圧力低減要素は、多孔質構造を有しているか、又は、穴あき金属板又は流路付プレートである請求項５記載のセル。
【請求項７】
少なくとも１つの圧力低減要素は、繊維状構造又は発泡体状構造又は細孔付プレートとして形成された流路付プレートである多孔質構造を有している請求項５記載のセル。
【請求項８】
充填部材又は構造化パッキンが、圧力低減要素として使用される請求項５記載のセル。
【請求項９】
少なくとも１つの圧力低減要素が電極である請求項５から８迄の何れか１記載のセル。
【請求項１０】
電極は、多孔質構造を有している請求項４から９迄の何れか１記載のセル。
【請求項１１】
入口領域は、電解質室の流入方向と平行に配列されている請求項４から１０迄の何れか１記載のセル。
【請求項１２】
出口領域は、電解質室の流出方向と平行に配列されている請求項４から１１迄の何れか１記載のセル。
【国際調査報告】
2007533855.tif 000018
2007533855.tif 000019
2007533855.tif 000020
2007533855.tif 000021
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