(57)【要約】  本発明は、電解質を収容する反応チャンバと、複数の陽極と陰極を含む電極集合体とを含む、気体の水素と酸素を生成するための電解反応システムに関する。電極集合体は星形の配置で広がる複数のプレート形状の電極を含み、星形の電極集合体の実質上の広がり軸は少なくともほぼ、実質上の中央円筒又は垂直軸上にあり、又は反応チャンバの実質上の中央円筒又は垂直軸と一致する。少なくともひとつの電磁コイルが、実質上の中央円筒又は垂直軸の軸方向で、星形の電極集合体の上及び／又は下に配置され、電気エネルギーにさらされると、その電磁界が電解質と電極集合体に作用する。別の実施形態では、電極集合体は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つより多くの、次々と内側に同軸に又はほぼ同軸に配置された管状電極を含む。その結果、改良された、特に効率的な電解反応システムが得られる。
2013506051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の水素と酸素を生成する電解反応システム（１）であって、
電解質と複数の陽極と陰極（５，６）を含む電極集合体（３）を収容する反応チャンバ（２）を含み、
電極集合体（３）は星形配置で広げられた複数のプレート形状の電極（５，６）の形で設けられ、
星形の電極集合体（３）の実質上の広がり軸（７）は少なくともほぼ反応チャンバ（２）の実質上の中央円筒又は垂直軸（８）上にあり、又は実質上の中央円筒又は垂直軸（８）と合致し、
少なくともひとつの電磁コイル（１３）が実質上の円筒又は垂直軸（８）の方向で星形の電極集合体（３）の上及び／又は下に配置され、電気エネルギーにさらされるとその電磁界が電解質及び電極集合体（３）に作用することを特徴とする電解反応システム。
【請求項２】
気体の水素と酸素を生成する電解反応システム（１）であって、
電解質と複数の陽極と陰極（５，６）を含む電極集合体（３）を収容する反応チャンバ（２）を含み、
電極集合体（３）は少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つより多くの、次々と内側に同軸的に又はほぼ同軸的に配置された管状電極（５，６）の形で設けられ、
互いに隣接する管状電極（５，６）の壁面は、円筒状であるか、又は互いに対してある角度に向けられたいくつかの角柱面を含み、管状電極（５，６）の壁面は互いからある距離で間隔をあけており、
少なくともひとつの電磁コイル（１３）が、実質上の管軸（５６）の方向で該管状電極集合体（３）の上及び／又は下に配置され、電気エネルギーにさらされるとその電磁界が該電解質及び該電極集合体（３）に作用することを特徴とする電解反応システム。
【請求項３】
反応チャンバ（２）が本質的に中空円筒状又は中空角柱状のボディ形状を有し、その実質上の円筒又は垂直軸（８）、特に反応チャンバ（２）の壁面が垂直又はほぼ垂直に向いていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解反応システム。
【請求項４】
反応チャンバ（２）が本質的に中空円筒又は中空角柱の保持容器（４）を含み、そこに少なくともひとつの星形又は管状電極集合体（３）が配置されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項５】
電解質及び少なくともひとつの電極集合体（３）のための保持容器（４）は、上端部分が開放された設計であって、その壁又は円筒表面は該反応チャンバ（２）の内面から間隔をあけていることを特徴とする請求項４に記載の電解反応システム。
【請求項６】
星形の電極集合体（３）の実質上の広がり軸（７）又は管状電極集合体（３）の実質上の管軸（８）は、本質的に保持容器（４）又は反応チャンバ（２）の実質上の円筒又は垂直軸（８）上にある又は実質上の円筒又は垂直軸（８）と合致することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項７】
少なくともひとつの電極集合体（３）が電解質中に完全に沈められ、少なくともひとつの電磁コイル（１３）も同様に電解質の正規の又は最低の液体レベル（１４）より下に沈められる又は電解質中に少なくとも大部分が沈められることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項８】
少なくともひとつの電磁コイル（１３）の電磁界が、陽極と陰極（５，６）を機械的に振動させて、陽極と陰極（５，６）で発生する又は付着する気体の泡を脱離させるプロセスを助けることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項９】
少なくともひとつの電磁コイル（１３）は平面図で見ると本質的に円環状であり、その中央の又は中点（１５）は電極集合体（３）の実質上の広がり軸（７）又は実質上の管軸（８）上にある又はその近くにあることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項１０】
電磁コイル（１３）はトーラス形であり、少なくともひとつのコイル巻線（１８）は、コイルボディ（１７）の周囲に巻かれた、それぞれ互いにある距離をあけて分布する好ましくは少なくとも２つ、特に４つの部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）を有することを特徴とする請求項９に記載の電解反応システム。
【請求項１１】
３つのコイル巻線（１８，１８’，１８”）が設けられ、次々と重ねて、それぞれがコイル軸から４５゜ずれて巻かれていることを特徴とする請求項１０に記載の電解反応システム。
【請求項１２】
第１の電源（２１）が、陽極と陰極（５，６）に脈動する電力を供給するように設けられていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項１３】
別の電源（２２）が、少なくともひとつの電磁コイル（１３）に脈動する電力を供給するように設けられていることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項１４】
陽極と陰極（５，６）に電力を供給する第１の電源（２１）の電力周波数と少なくともひとつの電磁コイル（１３）に電力を供給する第２の電源（２２）の電力周波数が、電解システムが少なくとも一部の時間その共振周波数の近く又は共振周波数で動作するように選ばれていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項１５】
少なくともひとつの入口開口（２３）が、電解質を収容する反応チャンバ（２）又は保持容器（４）の底部部分に電解質を送り込む又は補充するために設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項１６】
電解質内に乱流を作り出すため、特に流れを、例えば乱れた又は渦を巻く流れを発生させための少なくともひとつの手段（２４）が電解質を収容する反応チャンバ（２）又は保持容器（４）に設けられていることを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項１７】
乱流を作り出すための手段（２４）が、反応チャンバ（２）に又は電解質保持容器（４）に流れ込む電解質のための、少なくともひとつの取り込み及び／又は出口ノズル（２５）の形で、好ましくは複数の取り込み及び／又は出口ノズル（２５）の形で設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の電解反応システム。
【請求項１８】
電解質に乱流を作り出すための手段（２４）が、少なくともひとつの攪拌器の形で設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の電解反応システム。
【請求項１９】
電解質の最高液面レベル（２８）を制限する又は固定するために少なくともひとつのあふれ出しエッジ（２７）が反応チャンバ（２）に設けられていることを特徴とする請求項１〜１８の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項２０】
電解質のための少なくともひとつのあふれ出しエッジ（２７）が、垂直に向いた円筒軸（３１）を有する容器（４）、特に中空円筒の電解質容器（３０）のトップ境界エッジによって形成されることを特徴とする請求項１９に記載の電解反応システム。
【請求項２１】
あふれ出しエッジ（２７）を超えて流れる電解質又は電解質の泡を反応チャンバ（２）から排出するために、少なくともひとつの出口開口（３６）が反応チャンバ（２）の基底部分に設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の電解反応システム。
【請求項２２】
あふれ出しエッジ（２７）を超えて流れる電解質のための、保持容器（４）への、特に中空円筒の電解質容器（３０）（３７）への還流ラインによって特徴づけられる請求項１９に記載の電解反応システム。
【請求項２３】
反応チャンバ（２）の内側に、又は該反応チャンバ（２）につながる電解質の還流ライン（３７）の内側に、あふれ出しエッジ（２７）を超えて流れる電解質のための収集部（３５）が、生成する水素と酸素のための気体遮断部、特にサイフォン式気体バリアを形成するように設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の電解反応システム。
【請求項２４】
反応チャンバ（２）又は電解質を収容する保持容器（４）における電解質の連続的な又は不連続な取り込み（４５）と放出（４６）、特に水を含む又は水から成る電解質の時間ベースの漸進的な入れ替えを特徴とする請求項１〜２３の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項２５】
反応チャンバ（２）、特に電解質の保持容器（４）に、周辺空気（４８）及び／又は気体窒素を吹き込む手段として、少なくともひとつの通路開口（４７）、特に分布する形で配置された複数の通路開口（４７）が反応チャンバ（２）、特に電解質の保持容器（４）の基底又は壁部分に設けられていることを特徴とする請求項１〜２４の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項２６】
反応チャンバ（２）に周辺大気圧より低い負圧を発生するための少なくともひとつの手段（５０）によって特徴づけられ請求項１〜２７の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項２７】
反応チャンバ（２）、特にその気体チャンバ（２６）、と内燃機関（５１）、特にガソリン、ガス、又はディーゼル・エンジン、の燃料取り込みライン（５３）、特に取り込みシステム、の間に流れコネクション（５２）を確立することによって負圧が反応チャンバ（２）に発生されることを特徴とする請求項１〜２６の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項２８】
管状電極（５，６）の実質上の管軸（５６）が垂直に向いていることを特徴とする請求項２に記載の電解反応システム。
【請求項２９】
管状電極（５，６）の遠位端部分はいずれの場合にもオープン設計であることを特徴とする請求項２に記載の電解反応システム。
【請求項３０】
少なくともひとつの少なくともほぼ中空円筒又は角柱状ギャップ（５７，５８）が管状電極（５，６）の壁又は円筒表面の間に設けられ、それによって陽極と陰極（５，６）に発生する又は付着する気体の泡を電解質から電解質の上にある気体チャンバ（２６）に放出するプロセスが助けられることを特徴とする請求項２に記載の電解反応システム。
【請求項３１】
外側の一対の電極５，６の管状又は中空角柱の、互いに入れ子になっている電極（５，６）の間の距離又はギャップ寸法は、もっと内側に、特に中央管軸（５６）の近くに配置されたこの管状電極集合体（３）の電極又は電極の対（５，６）より増加している又はサイズが大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の電解反応システム。
【請求項３２】
少なくともひとつのコイル（１３）の電磁界が機械的振動を誘発させるように、管状又は中空角柱電極（５，６）の剛性、特に壁厚が、設計されていることを特徴とする請求項２に記載の電解反応システム。
【請求項３３】
電極集合体（３）の少なくともひとつのプレート形状の電極（５，６）又は少なくともひとつの管状又は中空角柱電極（５，６）が、少なくともひとつの電磁コイル（１３）の電磁界の影響下でより強い振動が誘発されるように、少なくともひとつのスロット（６１，６２）又はその他の機械的な弱体化又は剛性減少手段を有することを特徴とする請求項１〜３２の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項３４】
少なくともひとつの電磁コイル（１３）は本質的にトーラス形状又は円環状であり、電気的に直列に結合された複数の部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）を含み、それらはそれぞれコイル（１３）のリング円周（６４）の２０゜から５０゜までの、特に２５゜から４５゜までの、好ましくはほぼ３０゜の円周角（６３）にわたって広がっていることを特徴とする請求項１〜３３の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項３５】
円環コイル（１３）の円周方向に直列に結合された引き続く複数の部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）は、１０゜から３０゜まで、特に１５゜から２５゜まで、好ましくは約２０゜の自由角（６５）の範囲を規定することを特徴とする請求項３４に記載の電解反応システム。
【請求項３６】
直列に結合された引き続く部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）の数は、ほぼ３回の全円周にわたる巻線がほぼ１０８０゜にわたって形成されるように選ばれていることを特徴とする請求項３４又は３５に記載の電解反応システム。
【請求項３７】
部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）の円周角（６３）と部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）の間の自由角（６５）が、１回の全円周を超える巻きの後、上に重ねて巻かれる部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）との間にオフセット角度（６６）が形成されるように選ばれることを特徴とする請求項３４〜３６の何れか一項に記載の電解反応システム。
【請求項３８】
個々の部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）は１層配置で巻かれ、１回の全円周にわたる巻きの後に形成される部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）は下にある又は内側にある部分巻線（１９，１９’，１９”，１９”’）の上に本質的に何も空気ギャップなしで巻かれることを特徴とする請求項３４〜３７の何れか一項に記載の電解反応システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の水素と酸素を生成するための特許請求の範囲の請求項１又は２に記載されているタイプの電解反応システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、具体的には、反応チャンバ又は共振チャンバにおける電解プロセスによってきわめて効率的に気体の水素と酸素を生成するシステムに関し、追求された究極の目的は、水を気体の水素と酸素に分解する手段としての電気エネルギーの最適な利用を実現することである。本発明はさらにこれらの気体の利用、特にエネルギー担体である水素の化学的な燃焼すなわち酸化のための利用、に関する。詳しくは、水は電気分解によって気体の水素と酸素に分解され、その後、化学エネルギーの担体である水素が燃焼プロセスによって熱エネルギーすなわち運動エネルギーに転換される。水は、ポジティブな、できるだけ効率的なエネルギー・バランスによって上記の気体に分解される。さらに、この電解プロセスによって、大量の電解的に生成された水素と酸素を比較的短時間に生産できる。
【０００３】
本発明が提案する技術は、水を水素と酸素に分解するために用いる又は必要な電気エネルギーを最小に減らし、化学エネルギー担体を生産するさいにできる限り効率的な又はポジティブなエネルギー・バランスを実現し、気体燃料である水素とそれから得られる熱エネルギーすなわち運動エネルギーの経済的であり同時に環境に優しい利用を達成する。
【０００４】
本発明が提案する技術は、水素ガスと酸素ガスを、好ましくは天然の水から又は水性の電解質溶液から生成し、生成された化学的エネルギー担体である水素を消費者に、大量な又は複雑な一次貯蔵の必要がないような量で、特に消費者向け装置又はコンバータ装置に供給できるような量で生成することを目的として考案された。すると対応する消費者向けの装置がこの化学エネルギー担体すなわち燃料を燃焼プロセスによって必要なそれぞれのエネルギー形態に、特に熱エネルギーすなわち運動エネルギーに、あるいは電気エネルギーに転換する。
【０００５】
本発明によって水素ガスの形で、特に気体酸素と合わせた気体水素の形で得られた化学エネルギーは、環境への化石燃料の燃焼で通常発生するような値の放出なしにエネルギーを利用し転換することが可能になる。本発明が提案するシステムを用いると、それぞれの所望する形態のエネルギー以外には水蒸気又は凝結した水及びその他の微量物質しか生じない。水素ガスの熱的な燃焼での、特にそのエネルギーを利用するときの副産物は、化石燃料の場合に比べて格段に環境に優しいことが知られている。水素の燃焼プロセスから生ずる主要な廃物は具体的には水蒸気と水だけであり、それは環境に放出しても何も問題がない。この廃物は環境で見られる他の多くのタイプの水よりも清浄であり、電解的に生成された酸素は環境中の空気よりも純粋であり濃縮されている。
【０００６】
本発明が提案するシステム及び本発明が提案する方法は、その物理的原理に関しては１世紀以上前から知られている電気分解の原理に基づいて水素を生産するためのきわめて多様な構造設計とそれらの構造の動作モードについての多数回シリーズにわたる試験の結果である。
【０００７】
理論的には、水の電気分解はきわめて単純な、公知の原理であり、それによれば、電解質又は水の糟に配置された２つ以上の電極を用いて電気エネルギー、特にＤＣ電圧、を印加することによって水を分解して気体の水素と酸素にすることができる。このプロセスは基本的に何も新しいものではない。しかし、公知のプロセスは、分解するために必要な一次エネルギーが、発生した気体の熱又は化学エネルギーを用いて、すなわち生成した気体の燃焼プロセスによって、その後に生成される気体に比べて著しく大きいので、比較的非効率的である。したがって、現在まで、多少ネガティブな又は劣悪なエネルギー・バランスしか得られていない。他方、電気エネルギーは大体において化石燃料を燃焼させることによって生成されるので、加える必要がある電気エネルギーの量は、最終的な利益が認められない又は消失するほどであった。したがって、環境的観点からは、従来技術で知られているシステムは何も顕著な利益をもたらさない。このため、水素の利用とそのエネルギーとしての可能性は、実際には追求されることがなかった、又はきわめて限られた用途でしか追求されなかった。
【０００８】
従来技術では電気分解のための多数のタイプの装置が知られている。しかし、それらの装置はどれも広範囲の用途に利用できるものではないことは明らかである。例えば、これら公知の設計は、電解的に得られる水素又は水素-酸素混合物に基づく駆動又は供給システムが、一般的にまだ存在しないか、まだ試験段階にあるため、明らかに、自動車、発電機、又は暖房システムにエネルギーを供給する手段として満足できるものではない。
【０００９】
本発明が提案する技術は、今や特別な構造及び特別な特徴によって、水又は水に基づく溶液からそれぞれに必要な量の気体の水素と酸素を、技術的に複雑な又は大量の貯蔵という問題に対処する必要なく、速やかな反応によって供給することを可能にした。特に、この化学エネルギー担体を生成するさいに、特に水素ガスを電解的に得るプロセスで、ポジティブなエネルギー・バランスを実現し、同時に最小の一次エネルギーの投入で化学エネルギーを生成できるようになった。したがって、究極的には水素と酸素の燃焼によって放出物なしに生成される熱的なエネルギーを非常に多様な仕方で利用することができる。家庭又は産業におけるほとんどあらゆる器具や装置、オーブン、グリル、ヒーター、空調システム、さらに発電機も、この化学エネルギーによって作動させることができ、電気エネルギー、運動エネルギー、及び／又は熱エネルギーへの転換、又は他の形態のエネルギーへの転換が可能になっている。また、水素と酸素を用いてほとんどすべての内燃機関を作動させることができる。
【００１０】
電解技術、特に本発明が提案する電解反応システムは、水素と酸素からの化学エネルギー又は熱エネルギーを、今日用いられる化石燃料の標準的な燃焼の場合に生ずるような環境の大きな被害を生ずることなく利用するチャンスを提供する。
【００１１】
対応する技術は、モータを動かしたり、発電したり、暖房やその他の目的のための今日までに知られているシステムに比べてより安全である。これらのシステムは、運転するためにそれぞれタンクに入っている燃料や配管パイプのシステムを必要とする。これらのコンポーネントには、比較にならないほど大量の燃焼エネルギーが貯蔵されるか用意されている。故障することは実際の応用でますます頻繁になっており、そんな場合には深刻な問題が起こる。特に、直接燃料を供給することは、ときに予期しない事態につながる。そのような故障に対処することは比較的難しいことが多く、技術的に比較的複雑な解決手段が必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が提案するシステムの場合、比較的少量の、著しく少ない量の可燃性ガスしかシステムに供給されない。一回の供給分は、比較的危険でない水性溶液の形、又は純粋な水の形でタンク又はパイプに保持され、それは化学的又は環境的に何も問題がなく、当然ながら可燃性ではない。さらに、生成プロセスと合わせて効果的な安全システムを、特に反応チャンバ又は共振チャンバと合わせて簡単な仕方で用いることができ、信頼性があり、コスト効果が高い。本発明が提案する電解システムは、反応に関してきわめて効率的で速く、そのため比較的少量の気体を供給するだけでよい。特に、反応チャンバを構成する貯蔵又はバッファ体積と入ってくる配管パイプのシステムがたいていの場合に必要なすべてである。その結果、この電解システムとエネルギー転換のための所定の装置は容易に制御でき、本発明が提案するシステムは非常に高い信頼性で実施できる。
【００１３】
本発明の根底にある目的は、改良された電解反応システムを提供することである。特に、本発明の目的は、水又は水性の溶液を分解して気体の水素と酸素にする電解システムであって、投入しなければならない電気エネルギーの量と生成される又は転換される化学エネルギー又は熱又は運動エネルギーの量に関して、可能な限り高い効率と効果が得られる電解システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明によって請求項１に記載された特徴を用いる電解反応システムによって、またそれと独立に請求項２に記載された特徴に基づく電解反応システムによって達成される。
【００１５】
請求項１又は２に規定された特徴の結果として得られる驚くべき利点は、このような電解反応システムが改善された、特にポジティブなエネルギー・バランスを実現し、それにより比較的少量の一次エネルギー、特に電気エネルギー、を投入することによって比較的大きな量のエネルギーが、化学エネルギー担体の水素という形、又は水素-酸素の混合気体の形で得られる。これは主に、それぞれの電極集合体の構造的組合せと技術的相互作用、及び好ましくは電極集合体の上及び／又は下に配置された該少なくともひとつの電磁コイルによって達成される。互いに重畳された振動、及び該少なくともひとつの電磁コイルと電極集合体の電界と磁界の組み合わせ効果によって、水素と酸素、又は適当な混合気体を生成するための最適な条件がポジティブなエネルギー・バランスに基づいて得られる。驚くべき予見できない効果は、振動又は共振又は準共振効果と相互作用が起こって、それが転換又は分解プロセスの効率の高さに非常にポジティブな影響を及ぼすということにある。
【００１６】
特に驚くべきひとつの有利な作用は、電界プロセスで発生する気体の泡、特に水素と酸素のそれぞれの泡の電極表面からの脱離が、効率的になり加速されるということである。さらに、電解質からのそれぞれの気体の放出時間が短縮される。それが意味することは、利用できる電極とその有効表面が転換プロセスに最大限利用でき、電解質との最も緊密な接触が常に得られるということである。特に、電極と電解質の間の気体境界層はできるだけ小さく抑えられ、できるだけ速やかに壊される。さらに、ある比率で電解質に含まれる気体の放出が助けられて加速されるために、電解プロセスの効果と効率ができる限り高く保たれる。全体として、これによって電解反応システムが改善されて、比較的短いプロセス時間で比較的多量の気体の水素と酸素が電解によって得られる。さらに、本発明が提案する電解システムは、比較的安価な設計で建造でき、その結果実用的に使用できるきわめて経済的なシステムが得られる。
【００１７】
以下で述べられる効果と作用の細部、並びに上で述べた効果と作用の細部、は単なる例と解すべきものであり、完全であるとは主張されない。さらに、記載されたいろいろな効果がすべて起こる必要もない。これらの効果及び作用の細部には何も重点は置かれておらず、いろいろな相互作用の説明は、場合によって最もありそうなものであると考えるべきである。ある程度まで、説明できない又はほとんど説明できないような現象と相互作用が起こっており、それについての技術的な理由はこの分野に熟達した人たちにも明らかでなく、説明が難しい。対応する結果は、部分的には多数回のシリーズのテストと電解システムのパラメータに施された経験的な調整に基づいている。
【００１８】
請求項３に規定される実施形態にも利点があり、これは、電解質に、そして気体が集まるチャンバの部分に一定の、特定の向きの流れを実現するという流れ工学の点できわめて効果的なボディ形状と向きを与えるものである。また、これによって比較的コンパクトな電解反応システムで比較的高い効率を達成することが可能である。
【００１９】
請求項４に規定される実施形態にも利点がある。これはある種の容器内容器を与えるものであり、電解プロセスの効率にもプラスの効果がある。特に、これは容器に電解質と電極を収容するための小区分を設け、この容器を囲む容器又はチャンバ配置を設けて上記コンポーネントを収容し、発生する気体を集めるようにする。
【００２０】
請求項５に規定される実施形態にも利点がある。これは、できるだけ大きなガス抜き断面を与え、ガス抜き時間をできるだけ短くし、ガス抜きプロセスをできるだけ強力なものにすることに役立つ。さらに、電解液及び／又は発生する電解質の泡が妨げられずに大きくあふれることができる電解質容器を与える。このような電解質の泡は通常電解液に、特に電解質液の糟の表面に生ずるものであり、電解液の中の気体元素が脱出することをある程度妨げる。電解液の糟にリング状の泡が生ずるのを、簡単な放出ラインを用いて連続的にこわし、防止することによって、システムの効率ができるだけ高く保たれる。
【００２１】
特許が請求されているような特徴によって、比較的容易に一定の電解質の回路を形成できるという利点がある。特に、電解質液を連続的に又は断続的に保持容器に送り込み放出することができ、過剰な電解質液は容器の上方の縁から滝のように流れ出すことができ、オプションとして洗浄及び／又は冷却及び／又は処理プロセスを経て保持容器又は電解質容器に再び還流することができる。したがって、電解質液は容易に再循環され、それによって特に強力で速やかなガス抜きができる。特に、これによって反応容器又は保持容器では、電解プロセスによって生ずる電解質の膨張又は体積の増加が容易に補償され、保持容器のあふれ出しエッジによって調整される。あるいはまた、又はこれと組み合わせて、保持容器への電解質の連続的又は不連続な供給によって生ずる過剰な量の電解質液は電解質容器から再び一定の仕方であふれ出すことができ、ある有利な実施形態では保持容器に戻すことができる。これはまた、保持容器の外壁及び／又は内壁の上にある種の“電解質の滝”を生ずる。したがって、この電解質の放出又は電解質のあふれ出しは、保持容器の外側表面上で及び／又は保持容器の中央の内側表面上で起こるが、これは電解質の保持容器がひとつの中空円筒又はいくつかの中空円筒に基づくボディ形状、特に保持容器が同軸的に次々に内側に配置されているカスケード設計であることによる。
【００２２】
請求項６に規定された特徴も、流れ工学の観点から助けになる設計を与えるものであり、電解反応システムの効率と反応時間を改善する。
【００２３】
請求項７及び／又は８に規定された特徴もきわめて有利なものであり、きわめて良い電解反応が達成され、技術的相互作用の構築は可能な限り強力である。特に、少なくともひとつの電磁コイルの電磁界は電極集合体と電解質にきわめて強力に作用し、電解プロセスの進行又は効率を改善する。例えば、第１に、該少なくともひとつの電磁コイルに発生する機械的な振動は可能な限り直接的に電解質と電極集合体に伝達される。これは電極からの気体の泡を脱離させるプロセス及び電解質からのガス抜きプロセスを改善し加速する。これらの効果に伴って電解反応システムが改善され、特に効率と性能が高められる。
【００２４】
請求項９に規定された特徴も利点があり、このタイプの電磁コイルは電解プロセスにプラスの効果があり、特にその効率が高められる。特に、電極集合体とこのコイル電磁界との比較的緊密な、比較的一様な接触が生じ、それが脈動する電磁界を生み、又は交流電磁界を発生する。この点に関連して、電極集合体は電磁コイルの一端又はひとつの極、特にＳ極又はＮ極、とだけ協同し、向き合うということを指摘しておかなければならない。どちらかといえば、電磁コイルのＮ極の端を電極集合体の上端にできるだけ近く配置することが好ましい。しかし、電磁コイルのＳ極の端を電極集合体に最も近い位置にする又は向き合わせることも考えられる。
【００２５】
請求項１０又は１１に記載された設計は、電磁コイルの有利な、特に効果的な実施形態になっている。したがって電解反応システムの効果と全体的な性能に好ましい影響がある。
【００２６】
請求項１２に規定された特徴も、それぞれの気体、すなわち水素と酸素、への水分子のきわめて効率的な分離が得られるという利点がある。
【００２７】
請求項１３に規定された実施形態も、電解プロセスがより効率的に助けられセットアップされるので、きわめて有利である。電磁コイルの脈動的なエネルギー供給のために、コイルは周期的に又は非周期的にスイッチが切られ、その結果磁界は少なくとも部分的に又は完全に壊されて、逆の極性又は向きのずっと強い磁界が解発される。エネルギー供給が再びスイッチオンされると、引き続く磁界が少なくとも部分的にパルスで合算され又は累積されるため、実質的にもっと強い磁界が放出され、最大の強度が得られるようになる。エネルギー供給のスイッチが切られるたびに磁界が反転する効果のため、電解質の分子は振動で変位し、不安定な又はほとんど不安定な分子状態が実現し、気体の状態、すなわち気体の水素と酸素への分裂又は転換が最適化される。
【００２８】
請求項１４に規定された実施形態も、電極集合体の電極が磁界によって振動させられ、それによって付着していた気体の泡がより速やかに脱離することになるので有利に働く。さらに、電極と少なくともひとつの電磁コイルの重畳された電磁界の間で電界又は静電界の間で相互作用又は反応が起こる。この重畳の結果、少なくともある程度の時間、揺動効果が生じ、それがさらに分解プロセスを助ける。したがって、陽極と陰極の間の電界又は静電界には、電極の上及び／又は下に配置された少なくともひとつのコイルによって発生される電磁界が重畳される。ある有利な実施形態によれば、特に少なくともひとつの電磁コイルの電気エネルギー供給は、電極集合体の電界と比べて、そして電極集合体へのエネルギー供給と比べて、比較的低い周波数になるように設計される。好都合であると判明した設計では、電磁コイルへの比較的低周波のエネルギー供給と電極集合体への比較的高周波のエネルギー供給の比はほぼ１：１０００である。
【００２９】
請求項１５に規定された実施形態も、電界質液における脱離又はガス抜きプロセスが改善され加速されるのできわめて有利なものである。特に、結果として循環又は流れを発生させることができ、それによって気体の泡が電極の表面から効果的に、特に比較的完全に速やかに脱離される。さらに、電解質液の上に配置された気体チャンバ内で電解質液中の気体の泡によってガス抜きプロセスが助けられる。電解質は反応チャンバ又は保持容器の底の部分に充填され及び／又は補給され、それが周期的に、非周期的に及び／又は必要なら制御される形で行われる。本質的な面は、この取り込み及び／又は補給によって、電解質中に乱流又は流れが生まれるということである。
【００３０】
上述の有利な効果及び技術的な作用はまた請求項１６に規定される特徴によっても、独立に又は組合せによって、達成される。電解質に乱流を発生させ、電解質の流れを生み出すために用いられる手段は、したがって電解質自身であることもあり、及び／又は気体の媒体例えば空気や窒素を加えてもよい。他の、不燃性の気体、例えば周辺の空気又は窒素など、を加えれば、電解的に生成される水素の燃焼価（combustion value）を有利に調整すること、特に減らすことができる。このように不燃性気体を直接電解質に混合することによって、一方では電解質糟に乱流又は流れ効果が生まれ、他方では、電解的に生成される水素ガスの燃焼価又は燃焼率（combustion rate）が低下する。その結果、電解的に生成される気体又は気体混合物のエネルギーの量又は爆発性、特に燃焼率をほぼ標準的な内燃機関で容易に比較的問題なく使用するのに適するレベルまで下げることができる。
【００３１】
請求項１７で規定される別の実施形態も、ある種のスプレー又はディフューザー（diffusor）の効果を生じ、それによって電解質中にできるだけ一様で密な流れ分布が生ずるという利点がある。特に、これによって電解質中に生ずる気体の泡に関して及び電極表面に付着する気体の泡に関して、できるだけ完全で一様なガス抜きが得られる。さらに、これによって外来気体の密度、特に一定の電解質体積あたり電解質に噴射される又は導入される気体の量を低く一様に保ち、電気分解の性能を高く維持することができる。
【００３２】
液からのガス抜き時間を短縮し、電解質と電極プレートの間の緊密な接触を確立するための別の実施形態が請求項１８に規定された特徴を用いて得られる。
【００３３】
しかし、請求項１９に規定された特徴の結果として、電解反応システムのガス抜き効果とガス抜き性能が改善される。特に、電解液が連続的又は断続的にあふれ出しエッジから流れ出す場合、一種の電解質の滝又は“ウオーターフォール”が実現して、すでに上で説明したような強力で効果的なガス抜き手段となる。対応する電解質のあふれ出し又は放出は、電解質液の強制取り込み又は補給によって達成できる及び／又は電解プロセス中の電解質液体の体積膨張によって生ずる又は誘発される又は決定される。
【００３４】
あふれ出しエッジの構造的に単純な構成が請求項２０に規定される特徴に基づいて得られる。これはまた、比較的均一で一様な電解質のあふれ出しを生じ、それによって電解質液と電解質液に含まれる気体又は気体の泡の間で可能なかぎり最も強力なガス抜き又は分離が得られる。とりわけ、これは電解質液が比較的大きな表面積に広がることによって可能になる。
【００３５】
請求項２１で規定される実施形態も、常に強力なガス抜きが行われ十分に大きな気体チャンバが利用できるという利点がある。さらに、これによって、反応チャンバの過大圧力を防止し、一定の圧力を超えるのを防止することが可能になる。特に、結果として反応チャンバの内側で特定の圧力レベルが維持され、電気分解によって生ずる電解質液の膨張は、一定量の電解質液を放出することによって少なくとも多少は補償又は相殺される。特に結果として、反応チャンバ内で一定のガス抜き体積が維持され、反応チャンバの気体チャンバで一定の気体圧力を超えない。
【００３６】
請求項２２で規定される実施形態も、あふれ出す又は放出される電解質に含まれる量の気体がシステム内に保たれて、したがって失われないので、有利である。さらに、電解質がリサイクルされることによって、乱流又は流れが電解質容器内に構築され、その結果液体電解質からのその量の気体の流出又は除去が改善され加速される。
【００３７】
請求項２３で規定される特徴の結果として、主に反応チャンバのトップ部分に集まる水素ガスが容易に確実に電解質の流出によって吸い出される又は放出される。特にこれは、電解によって得られる水素ガスが電解質液の放出又は取り込みによって送り出され、電解質の冷却回路に入り込むことを防ぐ。したがって、電解的に得られた水素ガス又は水素−酸素混合物は、水素及び酸素ガスの消費者又はユーザーに常に提供される。これはまた、水素ガスが通路やガス出口領域に特定して設けられた以外の領域へ放出されることが効果的に防止され又は最小になり、しかも簡単な技術的手段でそれが行われるので、厳しい安全性の要求にも叶うものである。
【００３８】
請求項２４で規定された特徴も、電解質液に再循環が得られて、それがガス抜きプロセスを改善するので特に有利である。別の大きな利点は、これが簡単なシステムを用いて電解質液を調節することを可能にすることにある。特に、これは電解質液を冷却する又はその温度を制限するための簡単なシステムを可能にする。通常の周辺温度は電解プロセスを助けるような温度レベルに、又は原則として満足できる温度範囲に電解質液を保つのに十分であるから、対応する冷却プロセスは比較的少量のエネルギーを用いて操作される。電解質液が６０℃より低い温度範囲、好ましくは２０℃から５０℃までの温度範囲、特に２８℃から４３℃までの範囲、に保たれるとき、好適な温度になっている。
【００３９】
請求項２５で規定された特徴も有利である。第１に、これは電解質液の冷却及び／又は乱流を確保し、電解質液に電解的に生成される気体の量に関してガス抜きの速度及びガス抜きの効率を高める。第２に、しかし、電解反応システムにおける気体混合物の燃焼価又はエネルギー価を調節する簡単なシステムが得られる。特に、導入される周辺空気又は窒素ガスの量を調節することによって、そのエネルギーの量又は燃焼価、特にその燃焼率（combustion rate）を、標準的な消費財、例えば内燃機関又は暖房装置、において問題のない燃焼が可能になるように調整できる。したがって、導入される気体は二重の又は多重の効果を生じ、累積効果は驚くほど高いプラスの影響を及ぼす。
【００４０】
請求項２６に規定された特徴も有利なものである。やはり、電解反応システムの性能が驚くほど簡単な効果的な仕方で高められる。特に、生成される又は放出される水素ガス又は気体の酸素の量が結果として改善される。これはガス抜きの加速と気体の泡の脱離がより強力になることに基因する。
【００４１】
別の有利な実施形態が請求項２７で規定される。結果として多くの利用と有利な応用が得られる。特に、消費財又はその装置、例えば真空ポンプ、又は燃焼チャンバのための充満装置（例えば、ターボチャージャ）によって作り出される負圧も電解反応システムにおけるガス抜き又はガスの脱離を助ける又は加速する手段として用いられる。それぞれの消費財又はその燃料取り込み部によって作り出されるそれぞれの負圧は、従来技術で知られている調節システムを用いて最適と考えられる特定範囲に維持することができる。
【００４２】
別の有利な実施形態が請求項２８及び／又は２９で規定される特徴によって得られる。特に、これによって電解質中に電極の底端部分から上端部分の方向に延びる好都合な流れを生ずる又は一定の流れ方向を生み出す。
【００４３】
請求項３０に規定された特徴の結果として、電解質液を電極の間で、特に電極集合体の下で電解質の流れの速さが比較的低い場合、加速することができる。したがってベンチュリ効果が生じ、それにより個別の電極の間の流速の増加が生ずる。これはまた、脱離性能を改善する、特に単位時間あたりの脱離の量（rate）並びに気体の泡の脱離又は分離の強度が高められる。
【００４４】
請求項３１に規定された特徴も特に有利である。特に、電極が互いに入れ子になったこのような多重配置は比較的コンパクトな構造体積での高い電解性能を保証する。もうひとつの効果は多重層キャパシタ効果であり、個々の電極の対の間の電界はそれぞれ少なくともわずかに異なる性質を有し、それがきわめて効果的な電解プロセスに資する。
【００４５】
ずっと内側にあるチューブ電極は互いからの距離がますます大きくなるので、異なる電極対の間に形成されるそれぞれのギャップ体積は少なくとも部分的に補償される。特に、外側にある電極の間のギャップ体積は、中心に又はずっと内側にある電極対の間のギャップ体積に比べて同じ又はほぼ同じ設計になっている。実験テストは、これによって高い電解性能が得られることを示した。
【００４６】
請求項３２に規定される特徴も、電極集合体の少なくとも個々の電極に、比較的小さな電力と比較的弱い磁界強度で強制的に機械的振動を起こすことができるので、有利である。特に、脱離効率又はガス抜き速度が簡単な仕方で高められ、電解反応システムの性能が全体として高められる。
【００４７】
請求項３３に規定される特徴は、比較的弱い電磁界強度で、比較的強い機械的振動が電極集合体の少なくとも個々の電極に発生させることができるので、有利である。さらに、結果として流れ又は流出通路が得られ、それがさらに電解質液からの気体の泡のガス抜きを改善する。
【００４８】
請求項３４に規定される特徴は、結果として比較的強い又は強力な電磁界を発生させることができるゾーンが定められ、電磁界の強度が比較的低いゾーンも生まれる。このような不均一な電磁界強度、すなわち増減する電磁界強度は、電解反応システムの有効性と全体的な性能にプラスの影響を及ぼす。
【００４９】
請求項３５に規定される特徴によって、分割巻線の延長の角度とその間の巻線ギャップの間で好適な比が得られる。特に、結果として電磁コイルのリング周面に分布する分割巻線の実際的な数が得られる。
【００５０】
請求項３６に規定される特徴も、十分な電磁界強度又は電解プロセスに影響し加速するのに十分な強さの磁界が好適に発生されるので有利である。
【００５１】
請求項３７に規定される特徴も、磁界強度又は磁束密度がトーラス形コイルの周方向に変化する又は交互に増大し減少するので有利である。これは、電解質の原子、特に水分子の結合力を低下させて特定反応システムの電解性能を改善するという点でプラスの効果がある。
【００５２】
最後に、請求項３８に規定された特徴は、磁力線が電極集合体と電解質に集中的な仕方で作用することができるので、有利である。
【００５３】
本発明をさらにはっきりと理解できるように、以下では添付図面を参照してさらに詳しく説明する。
【００５４】
以下の図面は、きわめて単純化された模式図である：
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】電解反応システムのある実施形態の動作ダイアグラムであり、複数の技術設計と実施形態オプションを示す。
【図２】電解反応システムの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図３】プレート形状の電極が星形に放射状に広がっている電極集合体を示す平面図である。
【図４】断面視くさび形又は扇形に基づいたプレート形状電極から成る星形電極集合体の別の実施形態を示す平面図である。
【図５】この電解反応システムで用いることができる電磁コイルのある実施形態を示す。
【図６】電解反応システムの別の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】図６に基づく電解反応システムを図６の線VII-VIIに沿った断面図で示す。
【図８】電解反応システムの内側の電極集合体の別の実施形態を示す平面図である。
【図９】電解反応システムで好適に使用される電磁コイルの別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
最初に、いろいろな実施形態で記載される同じ参照数字と同じコンポーネント名によって表記されること、本明細書の全体にわたる開示は、同じ参照数字又は同じコンポーネント名を有する同じパーツでは同じ意味になることを指摘しておかなければならない。さらに、説明のために選ばれる、上、下、側面などの位置は、具体的に説明される図面に関するものであり、別の位置を記述する場合、その意味は新しい位置に移される。図示され説明されるいろいろな実施形態からの個々の特徴又は特徴の組合せは、独立な本発明の解決方法、すなわち、本発明によってそれ自体として提案される解決方法と解釈できる。
【００５７】
説明における数値の範囲に関するすべての数字は、すべての部分範囲（part range）を含むことを意味すると解すべきであり、その場合、例えば、１から１０までの範囲は下限の１からスタートして上限の１０までのすべての部分範囲を含む、すなわち１以上の下限からスタートして１０以下の上限で終わる範囲、例えば１から１．７まで、又は３．２から８．１まで、又は５．５から１０まで、という範囲を含むと解釈すべきである。
【００５８】
図１は、電解反応システム１のある実施形態を主な技術的設計を示すための模式的な動作ダイアグラムである。そこに示されたすべての特徴が本発明の主題の一部を構成しているわけではないということをはっきりと指摘しておかなければならない。図１のダイアグラムに示されている個々の設計特徴又はプロセス特徴は、当然ながら以下で記述される実施形態の例でも用いられることがある。
【００５９】
記載された電解反応システム１は、電解法を用いて気体の水素と酸素を生成するために用いられる。特に、電解質、特に水又は水性電解質、特に水と、例えば導電性を高めるための硫酸などの添加物との混合物が、電解プロセスによって気体の水素と酸素に分解される、すなわち電解反応システム１の動作によって対応する気体混合物に転換される。
【００６０】
このような電解反応システム１は、それ自体は公知の仕方で、水性の、すなわち水をベースとする、電解質を収容又は供給するための少なくともひとつの反応チャンバ２，並びに複数の陽極及び陰極から成る少なくともひと組の電極集合体３を備える。
【００６１】
反応チャンバ２は、好ましくは本質的に中空円筒状の保持容器４の形で設けられ、その中に少なくとも一組の電極集合体３が配置される。第１の実施形態によれば、この電極集合体３は星形に広がる複数のプレート形状の電極５，６を備える。互いに隣接する電極プレート５，６は交互に陰極と陽極を形成する。電解システムにおいて連続する陰極と陽極を形成する個別電極５，６の連続的に交替する極の配置は公知である。星形に広がるプレート形状電極５，６の代わりに、以下で説明する別の実施形態に基づく中空ボディ、特に角柱又は管状のタイプの電極を選ぶこともできる。
【００６２】
電極プレート５，６が星形配置で広がっている又は放射状に延びているこの実施形態では、この電極集合体３の実質上の広がり軸７は本質的に仮想的円筒又は垂直軸８上に、図２と３を比べて分かるように、本質的に保持容器４の円筒又は垂直軸８と一致するように向けられて又は位置している。個々のプレート形状の電極５，６は垂直に向いている、すなわち個々の電極５，６の平坦な面は壁のような形で向いており、０．５ｍｍから１５ｍｍ、好ましくは１ｍｍから５ｍｍ、という比較的短い距離で互いに間隔をあけている。プレート形状の電極５，６の厚さは、０．１ｍｍから５ｍｍ、好ましくはほぼ１ｍｍである。
【００６３】
図３で最もよく見られるように、星形又はファン形の電極集合体３の隣接する電極プレート５，６の間にある距離９，９’は変化している。直接隣接する電極プレート５，６の間のこの変化する距離９，９’は、この電極集合体３の共通の仮想的な広がりの軸７に関する個々のプレート形状の電極５，６の星形又はファン形の配置の結果である。特に、個々の電極プレート５，６は共通の仮想的な広がり軸７から径方向に広がり軸７の方へ延びている。したがって、平面図−図３の場合のような−で見ると、電極プレート５，６はＶ字形配置で向いている。したがって、直接隣接する電極プレート５，６の間に広がり角１０，特にいわゆる中点角又は寸法αが、図３からはっきりと分かるように円又は放射状配置で広がり軸７のまわりに配置された電極プレート５，６の対の数にそれぞれ依存する。それぞれの電極プレート５，６のこの星形配置と広がり軸７からの距離に依存して生ずる変化する距離９，９’によって、電解プロセスが助けられる。特に、隣接する電極プレート５，６の間の変化する距離９，９’と一定の広がり角１０によって、電解質の異なる水質と異なる導電度についてより良く斟酌することができる。水質が異なる又はゆっくりと変動する又は変化する場合又はその導電度が異なる場合、特に高い効率の又は高い性能の電解プロセスを実施できる。言い換えると、記載されている星形のレイアウトは、変化する水質に対して、又は変化する導電度に対して、又は電解プロセスの間又は過程で変化する他の物理的性質に対して、比較的鈍感である。さらに、これらの特徴は、電極集合体３からの電解生成物、特に水素と酸素、のガス抜きを助ける。これによって効率が高められ、一定の時間内での電解性能が高められる。ある実際的な実施形態によれば、広がり軸７に最も近い端部分における隣接する電極５，６の間の距離９はほぼ０．６ｍｍであり、広がり軸７から遠い端部分における距離９’はほぼ４ｍｍである。
【００６４】
平面図で見ると、星形電極配置はその輪郭が好ましくは円形である。しかし、多角形の輪郭も考えられる。ある特に実際的な実施形態では、星形又はファン形の電極集合体３は、図３で最も良く見られるように、平面図で見ると円形デザインである。特に、広がり軸７のまわりに円筒状又は管状ギャップ１１を設けることができ、それは電解質で完全に満たすことができる及び／又は少なくとも部分的に、以下でさらに詳しく説明するように、過剰な又はあふれる電解質液又は電解質泡のための放出チャンバ、又はあふれ出し又は放出通路として機能することができる。言い換えると、個々の電極プレート５，６は広がり軸７のまわりに広がり、又は連続して、好ましくは一定の径方向の距離１２を保って配置され、したがって図３で最もよく見られるように、広がり軸７に対して径方向に向けられる。全体として見ると、このデザインに基づく電極集合体３は、図２と図３を比較して分かるように、本質的に中空の円筒状ボディを有する。この中空の円筒状ボディは複数の電極プレート５，６を有し、異なる極が層状の配置で、ある距離をおいて重なり、共通の円筒又は広がり軸７のまわりにフェンス又は放射状配置で延びている。したがって、平面図で見ると、個々のプレート形状の電極５，６は、いわば広がり軸７から放射する星形電極集合体３の仮想的な光線のように見える。
【００６５】
個々の電極プレート５，６は、プレート電極の互いに対向する平坦な面に関して一様な又は一定の厚さ又は幅を有する。プレート形電極５，６に基づくデザインの代わりに、電極集合体３を平面図で見たときに扇形に基づいた電極５，６、特に、例として図４に模式図で示したような扇形の陽極と陰極、を選ぶことも可能であろう。
【００６６】
平面図又は断面で見たとき扇形の電極５，６も共通の広がり軸７のまわりに配置される。個々の扇形の電極５，６は、好ましくは広がり軸７から径方向距離１２に配置される。これもまた、４に示されるように、断面で見ると、扇形又はほぼ扇形の電極プレート５，６の星形又はファン形の配置になる。したがって、この電極集合体３も本質的に中空の円筒状のボディ形状を有し、好ましくは円筒状又は管状のギャップ１１が実質上の又は想像上の広がり軸７のまわりに形成される。しかし、図３に示された実施形態と異なり、隣接する電極５，６の間の距離９は、図４に見られるように、広がり軸７からの異なる径方向距離に関して一定又はほぼ一定である。
【００６７】
実質上の円筒又は垂直な軸８の軸方向に、すなわち保持容器４の垂直軸の軸方向に、少なくともひとつの電磁コイル１３が配置され、好ましくは星形デザインに基づいた電極集合体３の少なくとも上及び／又は下に配置される。電気エネルギーにさらされたとき（when exposed to energy）、この電磁コイル１３によって発生される電磁界は反応チャンバ２の電解質に、そしてまた電極集合体３に作用する。言い換えると、コイル１３は、電磁界の磁力線が、電解質と電極集合体３の陽極と陰極５，６と交わって影響を及ぼすように配置され設計される。
【００６８】
好ましくは、少なくともひとつの電極集合体３は、好ましくは水又は水性溶液の形で設けられた電解質に完全に沈められる。しかし、少なくともひとつの電極集合体３はまた、好ましくは電解質の正常な又は最低の液面１４より下に配置される。言い換えると、電磁界を発生させるための電磁コイル１３は、好ましくは電解質に少なくとも大部分、好ましくは完全に電解質中に沈められるように配置される。これは、振動又は高周波数の振動を一方では電解質に、そして他方では少なくとも間接的に陽極と陰極５，６にも伝達して、電極５，６から気体の泡を脱離させ、電解質液から水素と酸素の泡のガス抜きを助ける又は加速するという点で重要である。特に、該少なくともひとつの電磁コイル１３の電磁界は、電極集合体３の陽極と陰極５，６を機械的に振動させ、発生する気体の泡、特に水素と酸素のそれぞれの泡を陽極と陰極５，６から脱離させるプロセスを助ける。さらに、該少なくともひとつの電磁コイル１３の電磁界は電離を引き起こし、電解プロセスを強め、高める。
【００６９】
陽極と陰極５，６は、強磁性物質、特に磁界によって影響される物質、例えば鉄を含む金属及び／又は高価な金属、例えばいわゆるNirostaメタル、又は他のステンレス鋼、から作られる。電磁コイル１３の比較的振幅が小さな高周波の機械的振動のために、電極５，６から気体を脱離させるプロセスが増強され、加速される。同時に、電極５，６の活性表面は、電極５，６の電解プロセス又は電極表面の有効性又は生産性を高く保ち又は最大にするように、電解質に対してできるだけ高く保持される。これが電解プロセスを加速し、一定の期間の関数としての分解プロセスを改善又は最大にする。言い換えると、電解反応システム１の電解性能又は分解性能を改善し、増強することができる。特に、記載された特徴によって単位時間あたりの転換又は分解の仕事が増加し、比較的小さな体積のコンパクトな反応システム１によっても、対応する気体混合物を基準として水素ガスと酸素ガスの効率的な放出が得られる。したがって、記載された電解反応システム１は強力な反応又は速やかな反応を示す。少なくとも部分的に電解質に沈められた該少なくともひとつの電磁コイル１３は、したがって一方において電離を引き起こし他方では電解質と電極５，６のために振動を発生させる手段として働いて、相乗効果を発揮する。
【００７０】
ある有利な選択肢又は実施形態によれば、複数の陽極と陰極５，６を含む別の電極集合体３’が該少なくともひとつの電磁コイル１３の上に配置される。電磁コイル１３の上に配置されたこの別の電極集合体３’も、好ましくは完全に、特にできるだけ完全に液体中に、特に反応チャンバ２の内側の水性電解質内に沈められる。
【００７１】
図１に模式図によって示されたように、エネルギーにさらされたときに電磁コイル１３の電磁界は、下及び／又は上に配置された電極集合体３，３’の電極５，６に作用を及ぼしてそれらを振動させ、エネルギーにさらされたときに電磁コイル１３はまた、振動によって電解質に作用し又は振動を誘発し、気体の泡が電極５，６から脱離し、電解質の中の気体の泡の運動が激しくなり強められる。
【００７２】
あるいはまた、電磁コイル１３を電極集合体３の下に、特に反応チャンバ２の基底部分、又は電解質を収容する保持容器４に配置することも考えられる。
【００７３】
好ましくは、電極集合体３は反応チャンバ２の基底部分又は基底プレートからある垂直距離に配置される。したがって、電極集合体３の下には一定の電解質体積があり、その結果、電極集合体の下に一定の量の電解質がたまることができ、基底の近くの電極集合体の下に流れの通路が生ずる。電極集合体３の下で軸方向に円筒又は垂直軸８の方に位置する電磁コイル１３’も、反応チャンバ２の基底部分からある距離のところに位置して、電極集合体３の内側の電解質に流れを、基底部分からスタートして垂直方向上向きに、特に電解反応システム１の気体チャンバの方向に向かって作り出すことができることが好ましい。
【００７４】
ある有利な実施形態では、図１と５の比較から見られるように、該少なくともひとつの電磁コイル１３は、平面図に見られるように本質的に円環の形である。このトーラス状の電磁コイル１３の中心又は中点は、したがって保持容器４の円筒又は垂直軸８に又はその近くに、又は電極集合体３の広がり軸７の近くにある。言い換えると、コイル１２の本質的に円板状の中心面１６は横方向、すなわち円筒又は垂直軸８に対して直角方向に、又は広がり軸７に対して直角方向に向けられる。これは図１で最もよく見られる。
【００７５】
コイル１３のコイルボディ１７は円環又はトーラス形に基づいている。このコイルボディ１７は、好ましくは非磁性材料、特にプラスチックなどから作られる。言い換えると、電磁コイル１３は、好ましくは鉄心なしで設計され、特に空心リアクタ（air reactor）の形で設けられる。このコイルボディ１７は、コイルボディ１７のまわりに複数回の巻き（turn）、特に数百回又は数千回の巻き（turn）を含む該少なくともひとつのコイル巻線１８を支持する。しかし、コイルボディ１７に基づく設計を選ぶ代わりに、該少なくともひとつのコイル巻線１８を自己支持設計に基づいて、すなわちコイルボディ１７なしに形成することも可能であろう。その場合、それはいわば本質的に安定な設計になる。
【００７６】
コイル巻線１８の個々の巻き（turn）は円環コイル１３に対して径方向又は本質的に径方向に向いている。特に、図５に最もよく示されるように、個々の巻きはビード型コイルボディ１７のまわりに円形に延びる、又は巻き付く。ある好ましい実施形態では、４つの部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’が設けられ、コイルボディ１７又はコイル１３の周のまわりに巻かれ、互いにある距離をおいて分布する。個々の部分巻線１９−１９”’は直列に結合している。巻線ギャップ２０，２０’，２０”は個々の部分巻線１９−１９”’の間で自由に残される。
【００７７】
ある有利な実施形態では、３つのコイル巻線が設けられ、それぞれがコイル軸又は中心又は中点１５から４５゜外れて配置され、互いに重なるように巻かれている。特に、この結果として少なくとも３層のコイル巻線１８が得られ、その巻線ギャップ２０，２０’，２０”はトーラス形のコイル１３の周方向に次々と互いからずれて配置される。
【００７８】
ある有利な実施形態では、該少なくともひとつの電磁コイル１３は、電極集合体３に荷重を分散するように結合され、荷重を電極集合体３から取り除くように支持される。このことは、該少なくともひとつの電磁コイル１３は反応チャンバ２に直接に機械的に結合されず、電極集合体３に直接に機械的に結合されるということを意味する。これにより、振動を電極集合体３にできるだけ強く伝達することが可能になる。図２に示された実施形態の場合、電磁コイル１３は中空の円錐又は漏斗状の保持エレメントに収容され、この保持エレメントが電極集合体３の上面に支持される。したがって、機械的な振動又は電磁コイル１３の振動は電極集合体３に伝達されるし、その逆も起こる。図６，７に示された実施形態の場合、該少なくともひとつの電磁コイル１３は、クランプ型の支持体又は保持メカニズムによって、電極集合体３の上面に荷重を引き受けるように固定され支持される。
【００７９】
電極５，６は好適に保持され又は取り付けられ、電解質糟の中でできるだけ自由に振動することができる。このために、一端型又はタング（tongue）型の保持又は装着システムを選ぶことが実際的である。考えられる別の選択は、電極５，６を、図２に例として示されているように、電極５，６の高々２つの互いに対向するエッジ部分又は端末で保持することである。
【００８０】
電極集合体３の個々の陽極と陰極５，６には、それ自体は公知の仕方で第１の電源２１から電気エネルギーが供給される。第１の電源２１は、好ましくは陽極と陰極５，６に脈動するエネルギー供給を行うように設計される。
【００８１】
該少なくともひとつの電磁コイル１３には別の電源２２から電気エネルギーが供給される。別の電源２２は、好ましくは該少なくともひとつの電磁コイル１３に脈動するエネルギー供給を行うように設計される。
【００８２】
第１の電源２１と別の電源２２は、それぞれ電極５，６とコイル１３に、好ましくは変化する振幅レベルで、それぞれの場合に個々の電圧又はエネルギー・パルスの間に一定のパルス停止を含むＤＣパルス電圧を供給する。電源２１，２２は、好ましくは、従来技術でずっと前から公知のタイプの電力変圧器、特に変圧器回路又は信号発生器、の形で設けられる。それぞれの電源２１，２２には公共の電力供給ネットワーク又は好ましくはＤＣ電源、特に電気化学的電圧源、例えば蓄電池、から電気エネルギーが供給される。電源２１，２２の電気エネルギー供給部は好ましくは蓄電池であり、特に端子電圧が１２Ｖか２４Ｖの該少なくともひとつの鉛蓄電池である。
【００８３】
ある有利な特徴の結果として、陽極と陰極５，６に電力を供給する第１の電源２１の電力周波数は該少なくともひとつの電磁コイル１３に電力を供給する第２の電源２２の電力周波数と比較して、電解反応システム１がその共振周波数の近く又は共振周波数で、少なくとも一部の時間、動作するように選ばれる。特に、第１の電源２１と別の電源２２のそれぞれの電力周波数は、電解システムが共振状態又は準共振状態で動作して、電解質をきわめて効率的かつきわめて効果的に気体の水素と酸素に分解するように互いに適応させる。その結果、とりわけ、それぞれの気体の泡が陽極と陰極５，６から脱離する度合又は効率が大きく影響される。特に、反応チャンバ２内の電界又は電磁界の効果が、一方では電解分解プロセスを助け、加速する。他方、電解質における及び／又は金属の、特に強磁性の電極５，６における力と振動の電磁結合により振動が発生し、それが気体の脱離、したがって分解と分割のプロセスを助ける。
【００８４】
陽極と陰極５，６に供給する第１の電源２１のパルス周波数は、該少なくともひとつの電磁コイル１３に供給する第２の電源２２のパルス又は電力周波数より何倍も高い。第１の電源２１の供給周波数は、第２の電源２２の供給周波数の少なくとも１００倍から約１万倍又は１０万倍であり、好ましくは約１０００倍である。電極集合体３の電力供給と該少なくともひとつの電磁コイル１３の電力供給の間の周波数比は、したがって約１０００：１であることが好ましい。例えば、コイル１３の電力周波数は約３０Ｈｚであり、陽極と陰極５，６の電力周波数は約３０ｋＨｚである。もちろん、他のベース（base）又は周波数の値を電源２１，２２で設定又は発生することもできる。
【００８５】
陽極と陰極５，６に供給する第１の電源２１の電圧レベルは数百Ｖ又は数千Ｖ、特に５０ｋＶにまで達するが、好ましくは１０ｋＶよりも低い。
【００８６】
それぞれの電圧又は周波数の値は、反応チャンバ内の構造配置とそれぞれのコンポーネントの幾何寸法により、当業者に周知の仕方で実験的に調整又は適合させることができる。
【００８７】
ある有利な実施形態では、電解質液、特に電解質容量又は電解質用の保持容器４を満たす及び／又は補充するために少なくともひとつの入口開口２３が反応チャンバ２の底部部分に配置される。底部部分、特に電解質糟の基底部分に送り込まれる電解質によって、電解質が乱流になり又は渦を巻き、それが陽極と陰極５，６からの気体の泡の脱離を助け加速する。
【００８８】
あるいはまた、又はこれと組み合わせて、電解質に乱流を作り出すための、特に電解質に流れ、例えば乱流、を作り出すための少なくともひとつの手段２４を反応チャンバ２に、特に電解質用の保持容器４に設けることもできる。この乱流生成手段２４は、液体糟に流れ又は乱流を作り出すための従来知られていたどんな手段であってもよい。ある有利な実施形態では、電解質に乱流を作り出すための手段２４は反応チャンバに流れ込む電解質のための取り込み及び／又は出口ノズル２５という形で設けられる。好ましくは複数の取り込み及び／又は出口ノズル２５が電解質のために設けられ、好ましくはそれらが電解質の保持容器４と協同して働くようにする。必要な乱流又はそれぞれの乱流力の分布によって、これらの取り込み及び／又は出口ノズル２５の数を必要に合わせてかなり変えることができる。また、これらの取り込み及び／又は出口ノズル２５の直径によって、少なくとも２つの又は何百ものこのような取り込み及び／又は出口ノズル２５を設けることができ、好ましくは、それらは電解質の保持容器４の基底領域に配置される。ある有利な実施形態では、複数の取り込み及び／又は出口ノズル２５の実効軸（effective axes）の少なくとも個別のものは基底部分に対して傾けられる。特に、取り込み及び／又は出口ノズル２５の実効軸は、反応チャンバ２の円筒又は垂直軸８に対してある角度で傾けて、電解質糟に内在的な乱流又は広範な流れを構築することができ、それは陽極及び陰極５，６から、そして電解質の内部から、それぞれ水素及び酸素の泡をガス抜きゾーンの上端に向かう方向に、特に反応チャンバ２の気体チャンバ２６に取り出すのを助ける。
【００８９】
液体又は気体を導入して電解質に強い乱流又は流れを作り出す代わりに、電解質に乱流を作り出す手段２４を、電解質液に沈められる少なくともひとつの攪拌器という形で設けることももちろん可能である。ある有利な特徴によれば、電解質に流れを作り出す手段２４は、保持容器４と反応チャンバ２の円筒又は垂直軸８のまわりにほぼスクリューの形の流れを作り出すように設計され、その場合、このスクリューの形の流れが伝播する方向は電解質の基底部分から電解質糟の表面に向かう方向に延びる。
【００９０】
ある有利な実施形態では、反応チャンバ２に少なくともひとつのあふれ出しエッジ２７が設けられ、それは電解質の最高液面レベル２８をマークするように設計される。ある有利な実施形態では、この少なくともひとつのあふれ出しエッジ２７は、中空円筒又は中空角柱電解質容器３０の少なくともひとつの上端境界エッジ２９の形で設けられる。この電解質容器３０は、好ましくは垂直に向いた円筒軸３１を有し、それは好ましくは反応チャンバ２の円筒又は垂直軸８と同型、又は少なくともほぼ同型である。この少なくともひとつのあふれ出しエッジ２７は、電解質容器３０の上端境界エッジ２９に代わるもの又はそれに追加されるものとして、電解質容器３０の壁の少なくともひとつの穴又は他の何らかの開口（orifice）の形で設けることができる。しかし、電解質容器３０の上端部分は、できるだけ開放的であり、特に断面全体にわたって開放的であって、電解プロセスで通常発生する泡３２，特に電解質に生ずる泡のリング、の効率的な分離と除去を助けることが好ましい。特に、液面又は電解質のレベルがあふれ出しエッジ３７と同じレベルである場合、電解質からの泡３２の除去が効率的になる。電解質の最初の充満レベル３３は、好ましくはあふれ出しエッジ２７よりわずかに下にある。電解プロセスが活発である間は電解質の体積は、主として電解質中に気体の泡が形成されるために顕著に増加する。このことは、電解反応システム１の作動中は、反応チャンバ２の、特に保持容器又は電解質容器４，３０の電解質レベルは上昇するということを意味する。電解質の最初の充満レベル３３が電解質容器３０のあふれ出しエッジ２７よりわずかに下にあるのはこのためである。いずれにしてもあふれ出しエッジ２７は電解質容器３０の可能な最高電解質レベルを定める。この最高電解質レベルに達すると又はそれを超えると、電解質の泡、又は泡のリングは効率的に除去される。
【００９１】
一例として図示した実施形態では、泡のリング又は泡３２又はあふれる又は余った電解質液は、電解質容器３０の中央領域から外向き方向に、特に径方向に垂直な又は円筒の軸８，３１の方へ放出される。別の又は組み合わされた実施形態では、泡３２及び少なくともひとつのあふれ出しエッジ２７を超えて流れる電解質を、破線で示すように、電解質容器３０の中央領域に配置された放出通路３４によって放出することも可能である。この中央の又は中央に配置された放出通路３４では、電解質の泡又はあふれ出しエッジ２７を超えてあふれる電解質を下向き方向に導くことができ、好ましくは、後でさらに詳しく説明するように電解質容器３０に戻すことができる。
【００９２】
あふれ出しエッジ２７を超えて流れ出した電解質又は電解質の泡の収集部３５は、好ましくは反応チャンバ２の基底部分に設けられる。この収集部３５は、反応チャンバ２の一定の垂直高さにわたって延び、電解的に得られた気体が電解質を反応チャンバ２から制御された仕方で送り出すのに用いられる出口開口３６を通って脱出するのを防止又は減少させる。この収集部３５又は対応する液体サイフォンは、主に、反応チャンバ２ができるだけ気密な仕方で閉じられて、気体の水素と酸素が基底の近くの電解質のための出口開口３６を通って脱出する又は放出されることをできるだけ防ぐようにする。あふれ出しエッジ２７を超える電解質液と分離された電解質泡のためのサイフォン型の収集部３５は、したがって、出口開口３６を比較的気密に遮断するが、他方電解質液は少なくともひとつの出口開口３６を通って反応チャンバ２から放出できる。十分に気密な気体バリアを作り出すために、一定の液面レベルが存在する又は作られるように特別の注意を払わなければならない。
【００９３】
収集部３５の液面レベルは好ましくは電解質容器３０の内側の電解質の正常な充満レベルよりも低くなっている。図示のように、収集部３５は電解質容器３０のまわりに配置することができる、又は図示の実施形態で破線によって示されるように、余った電解質が中央に配置された放出通路３４に導入される場合、電解質容器３０の中央領域に配置することができる。あるいはまた、外側と内側の収集システムの組合せ、又はカスケード型の電解質収集システムを選んで、電解質液のための少なくともひとつの収集部３５によって電解質泡と電解質液を分離しガス抜きすることももちろん可能である。
【００９４】
保持容器又は電解質容器４，３０のあふれ出しエッジ２７を超えて流れる電解質のために少なくともひとつの還流ライン３７を設けることも好適である。電解質は中空円筒又は中空角柱の電解質容器３０に又は反応チャンバ２に、還流ライン３７によって送り返される。電解質のための還流ライン３７を組み込んだ少なくともひとつのライン内部に、液体タンク３８，特に水の容器３９，を設け、そこにある量の電解質、特に水の形の液体電解質を供給又はバッファとして保持できるようにすることも好ましい。電解質液がこの液体タンク３８から反応チャンバ２内の電解プロセスに連続的又は断続的に送り込まれる。該少なくともひとつの還流ライン３７は多かれ少なかれこの液体タンク３８を通って延びる。これは、一方では還流ライン３７が液体タンク３８に開いており、液体タンク３８から還流ライン３７が反応チャンバ２の方向に再び続いて、保持容器又は電解質容器４，３０に電解質液を充満又は補充する手段となるということを意味する。反応チャンバ２と液体タンク３８又は水容器３９との間のこの電解質回路４１は、水力学の観点からは、内燃機関における燃料供給システムの取り込みラインと還流ラインに比較できるものである。
【００９５】
電解質又は電解処理された水の中の残渣、特に不純物、を濾過して除くための少なくともひとつの濾過装置４０を還流ライン３７に配置することができる。能動的な又は強制的な水又は電解質の回路４１を作り出すために少なくともひとつの液体ポンプ４２を還流ライン３７に、又は反応チャンバ２に送られる電解質の取り込みラインに組み込むことができる。還流ライン３７はまた電解質の冷却装置としても用いる、又は冷却装置４３を備えるならば、実際の利点がある。この冷却装置４３は還流ライン３７のパイプ・コネクションであってもよい及び／又は別個の熱交換器の形で、特に空気／液体交換器、例えば冷却フィンの形で設けてもよい。この熱交換器４４又は冷却フィンは、パイプ・コネクション内に及び／又は液体タンク３８又は水容器３９上に設けてもよい。ある好ましい実施形態では、冷却装置４３と還流ライン３７は、電解質の温度を２０℃からまで６０℃までの間、特に２８℃からまで５０℃まで、好ましくは３５℃からまで４３℃まで、に保つように設計される。電解プロセスが最適化され比較的効率が高いのは電解質が上記の温度範囲にあるときである。特に、電気エネルギーに関して、この温度範囲では比較的少ない電力しか必要でない。冷却装置は、もちろん従来技術で知られている多くの設計の中から選ばれた他の受動的及び／又は能動的に動作する冷却装置の形であってよい。
【００９６】
ある有利な実施形態では、電解反応システム１は、したがって、電解質の連続的又は不連続な取り込み部４５と放出部４６を有する。特に、この電解質の取り込み部４５と放出部４６は、反応チャンバ２又は電解質容器３０における水を含む又は水から成る電解質を時間ベースで漸次入れ替えたり補充したりする。この点に関連して、閉じた電解質回路４１を作り出して、液体タンク３８と少なくともひとつの液体ポンプ４２をそれに組み込むことが好ましい。
【００９７】
このシステムの改良を意図したある有利な特徴として、反応チャンバ２に、特に電解質の保持容器４に周辺空気を導入するための少なくともひとつの通路開口４７が、好ましくは反応チャンバ２の基底部分及び／又は壁領域に、設けられる。あるいはまた、又はそれに加えて、この通路開口４７は窒素その他の不燃性の気体を保持容器４，特に電解質容器３０に送り込む手段として設けることもできる。すると、反応システム１の作動中、この少なくともひとつの通路開口４７は反応チャンバ２に、特に電解質容器３０に配置された電解質糟に直接開く。周辺空気４８及び／又は窒素のための複数の通路開口４７が、好ましくは電解質容器３０の基底部分及び／又は壁領域に分布する形で、設けられる。特に、周辺空気４８及び／又は窒素は直接電解質に送り込まれ又は導入され、電解質の中に液体又は気体混合物と流れ又は乱流が作り出される。オプションとして調節手段４９，特にバルブ設備など、を設けることができ、それは電解質に流れ込む周辺空気４８及び／又は窒素の量及び／又は圧力を調節するように設計される。周辺空気４８又は窒素又は他の不燃性気体を導入するこのプロセスは、好ましくは圧力の下で行われる。言い換えると、周辺空気４８又は酸素は能動的に電解質に吹き込まれる。別のオプションは、反応チャンバ２に負圧を発生させて適当な気体又は気体混合物、空気など、を吸い込むことである。周辺空気４８又は窒素を電解質に直接導入する又は吹き込む手段としての上記の通路開口４７によって、一方では電極集合体３に付着した酸素と水素の泡を脱離させるプロセスが助けられる。さらに、空気又は窒素を電解質に導入するプロセスを乱流を作り出す又は電解質を混合する手段として用いることができる。これは電解質の性能という点で特に電解反応システム１の効率という点でプラスの効果がある。
【００９８】
通路開口４７を多重配置で設けて、電解質の保持容器４に空気又は窒素を選択的に分布させて導入できるようにすることが好ましい。ある有利な実施形態では、これらの通路開口４７は反応チャンバ２の基底部分に、特に電極集合体３の下に配置される。
【００９９】
システムの改良を意図したある有利な特徴として、電解反応システム１には反応チャンバ２の内側に、特にその気体チャンバ２６に負圧を発生させるための少なくともひとつの手段５０が設けられる。この負圧は、周辺大気圧を基準として解釈しなければならない。言い換えると、反応チャンバ２の内側に、特にその気体チャンバ２６に負圧を発生させるための手段５０は一定の負圧状態を作り出す。第１の実施形態では、この手段５０は真空ポンプの形で設けることができる。ある有利な実施形態では、負圧を発生させるためのこの手段５０は、反応チャンバ２に結合された化学エネルギー担体である水素の消費財（consumer）という形で設けることができる。この消費財は、ある有利な実施形態の場合には内燃機関５１，特にガソリン、ガス、又はディーゼル・エンジンの形で設けられ、水素の化学エネルギーを熱エネルギーの放出によって運動エネルギーに転換する。消費財はもちろん暖房又は電力を発生する発電システムという形で設けることもできる。ある有利な実施形態では、負圧は反応チャンバ２の内部に、反応チャンバ２，特にその気体チャンバ２６，と燃料取り込みライン５３，特に内燃機関５１又はその他の水素・酸素混合物の化学エネルギーを熱又は運動エネルギーに転換する燃焼システムの間に流れコネクションを確立することによって作り出される。これはまた、電解質と電極集合体３に関するガス抜き性能を高め、電解反応システム１によって達成できる電解性能を高める。
【０１００】
図６，７は気体の水素と酸素を発生する電解反応システム１の別の実施形態を示す。これはまた、それ自体、本発明が提案する反応システム１の独立な実施形態であると解することもできる。上の図面で用いたと同じパーツを表記するために同じ参照数字とコンポーネント名が用いられている。不必要な繰り返しを避けるために、上で示した前の図の詳細な記述を参照することができる。これらの図面で示されているすべての特徴と設計特徴が本発明が提案する反応システム１の一部を成すわけではないということをはっきりと指摘しておく。さらに、いろいろな特徴は、前の図面に関連して説明した本発明の特徴と組み合わせることができる。
【０１０１】
この電解反応システム１も、水、水性溶液、又は例えば導電度を高めるための添加物を合わせた水混合物、などの電解質を収容する反応チャンバ２を含む。反応チャンバ２には、また、複数の陽極と陰極５，６から成る少なくとも一組の電極集合体３が配置されている。この実施形態の場合、電極集合体３は、互いに内側に同軸に又はほぼ同軸に配置された少なくとも２つの、好ましくは少なくとも３つより多くの管状電極５，６の形で設けられている。例として図示された実施形態では、５つの管状電極５，６が同軸に、互いに内側に入れ子になって、特に内側に挿入されて配置されている。これに関連して、断面が円形、円環状、又は楕円形の電極５，６が好ましいということを指摘しておきたい。しかし、中空円筒ボディの形の管状電極５，６の代わりに、角柱ボディの形の、特に正方形、長方形、又は他の多角形断面の管状電極５，６を用いることももちろん可能である。個々の電極５，６は、好ましくは電解反応システム１において交替する又は連続する陽極と陰極を構成する。
【０１０２】
円筒状の又はいくつかの角柱表面が互いにある角度で向いて構成される交互に隣接する管状電極５，６は、互いからある距離の間隔をあけている。特に、一定のギャップ５４又は５５が、それぞれの円筒表面又は壁面の間に、特にそれぞれの電極の内面と外面の間に配置されている。ある有利な特徴として、電極５，６の外側の対の管状の、又は中空角柱の、互いに入れ子になった電極５，６の間の距離５４又はギャップ寸法は、この管状電極集合体３のさらに内側に配置された、特に中央の管軸５６にもっと近く配置された、電極５，６又は一対の電極５，６より増大する又はサイズが大きくなっている。言い換えると、電極集合体３の中央における管状の又は中空角柱の電極５，６の間のギャップ５５は、好ましくは内側電極５を囲む外側の又は電極の対５，６の間のギャップ５４よりも寸法が大きい。
【０１０３】
管状電極５，６の個々の実質上の管軸５６は、好ましくは垂直に向いている。この場合、管状電極５，６の遠位端部分はそれぞれ開放デザインになっている。個々の管状電極５，６は好ましくはその長さ又は高さに関して一定の断面を有する。
【０１０４】
本質的な様態は、管状又は中空角柱電極５，６の壁面又は円筒表面の間に少なくともひとつの少なくともほぼ中空の円筒又は角柱状ギャップ５７，５８が設けられるということである。電極集合体３のいろいろな電極５，６の間に少なくともひとつのギャップ５７，５８があるということは、気体の泡の形成が可能になり助けられるということを意味する。特に、電解プロセスの間に陽極と陰極５，６に生じて付着する気泡を電解質の上にある気体チャンバに効率的に送り込むことができる。その結果、ある種の吸引及び搬送効果が起こり、電解質からの気体の泡の放出を助ける。この効果は電極集合体３の下に配置された電解質の体積と管状の電極集合体３の内側のベンチュリ効果によって強められる。
【０１０５】
特に、隣接する電極５，６の間の少なくともひとつの少なくともほぼ中空の円筒又は角柱状ギャップ５７，５８は、気体の泡に対してある種の煙突効果を生じて、気泡が放出される速度、並びにガス抜き効率を高める。この効果はさらに電極又は電極対のカスケード又は多重配置によって強められる。
【０１０６】
該少なくともひとつの電磁コイル１３は、上述のように、少なくとも実質上の中央管軸６に関して管状電極集合体３の上に配置される。本質的な点は、この電磁コイル１３にエネルギーが加えられると、発生する又は生成される好ましくは交替する又は脈動する電磁界が電解質に、そして電極集合体３に作用するということである。特に、磁力線（field lines）は、十分な強度で電解反応システム１の電極集合体３と電解質体積の両方と交わる。電極集合体３の上にある電磁コイル１３の代わりに又はそれと組み合わせて、該少なくともひとつの電磁コイル１３を電極集合体３の下に設けることもできる。
【０１０７】
とりわけ、該少なくともひとつの電磁コイル１３は電極集合体３を機械的に振動させ又は振動させて、それが電解質からの気体の泡の放出を助け、加速する。さらに、電磁コイル１３はまた、特に電解質の転換と分解プロセスにもプラスの影響を及ぼす。
【０１０８】
ある有利な実施形態では、電解反応システム１の反応チャンバ２は本質的に中空円筒又は中空角柱のボディ形状を有する。実質上の円筒又は垂直軸８，特に反応チャンバ２の壁面は、例えば図２又は図６に見られるように、垂直又は少なくともほぼ垂直に向いている。
【０１０９】
やはり図２及び６で最もよく見られるように、反応チャンバ２は本質的に中空円筒又は中空角柱の保持容器４を備え、又は有し、そこに少なくともひとつの星形の電極集合体３が配置されていると実際に有利である。図１，２に示された実施形態では、電解質と少なくともひとつの電極集合体３のための保持容器４は、上端部分が開いた設計になっている。さらに、その壁面又は円筒面は、図１で最もよく見られるように、反応チャンバ２からある距離を隔てている。これによって、上述のような分離又は収集部３５が簡単に得られる。ある有利な特徴として、星形の電極集合体３の実質上の広がり軸７と管状の電極集合体３の実質上の管軸５６は、特に図１と６のダイアグラムに見られるように、保持容器４と反応チャンバ２の実質上の円筒軸８と本質的に合致する又は実質上の円筒軸８と合致する。
【０１１０】
図８は、電極集合体３を示す別の模式図である。この場合、保持容器４と反応チャンバ２は中空円筒状であり、特に断面が円形である。破線で示される別の実施形態では、反応チャンバ２又は保持容器４はまた、異なる中空角柱のボディ形状で、特にコーナーを有する断面形状、を有してもよい。ただし、コーナー又はエッジが丸められていると有利である。反応チャンバ２の内部には、複数の電極集合体３，３’が設けられる。特に、束になった管状電極が設けられ、個々の電極対５，６は電解質の保持容器４の内側に分布して配置される。特に、第１の電極集合体３は保持容器４の中央に配置され、この中央の電極集合体３のまわりの円に複数の別の電極集合体３’が配置される。異なる形状の電極を混合して用いることも可能である。例えば、円形断面の管状電極５，６と正方形断面の管状電極を、例えば保持容器４内でより高い密度でパックする手段として組み合わせることもできるだろう。
【０１１１】
管状又は中空角柱電極５，６の寸法設計に関しては、その剛性の値が一定の上方閾値をできるだけ超えないようにすると有利である。特に、電極５，６の壁厚５９，６０は、該少なくともひとつのコイル１３が電極集合体３に、又は少なくとも個々の電極に、機械的振動を誘発するように選ぶべきである。電極５，６は導電性物質、特に強磁性物質から作られているので、該少なくともひとつのコイル１３の交番電磁界又は脈動する電磁界は振動を誘発する効果がある。これは気体の泡の効率的な脱離と電解質からの気泡の放出を助ける。特に、それぞれの電極５，６の材料の弾性又は壁厚５９，６０は、電磁コイル１３によってできるだけ強い振動が誘発されるように選ばなければならない。
【０１１２】
ある有利な実施形態では、この脱離プロセスを強めるために、少なくともひとつのプレート形状の電極に―図１―又は少なくともひとつの管状又は中空角柱の電極５，６に―図６―少なくともひとつのスロット６１，６２又は複数の開口又はパーフォレーションを設けることができる。特に、それぞれの電極５，６は、少なくともひとつの機械的弱体化又はこわさ低下部、例えばスロット６１，６２又は開口又は材料の切欠き又は材料の凹みを有し、該少なくともひとつの電磁コイル１３の電磁界の作用の下で機械的により強く振動するようになっている。これらの特徴はまた、水素を生成する効率という点で電解反応システム１の性能及び反応時間を向上させる。電極５，６に関して強力な振動又は損失がほとんどない振動の誘発は、また、荷重を伝達する支持部を選ぶことによって又は該少なくともひとつの電磁コイル３と電極集合体３の少なくともひとつの電極５，６の間のできるだけ堅い機械的結合によって得られる。この機械的結合又は保持デバイスは好ましくは電気的に絶縁性である。
【０１１３】
上で述べたような電解反応システム１によって生成できる水素と酸素の量は、化学エネルギー担体である水素の一時的な貯蔵を必要とすることなく、例えば３０ｋＷから１００ｋＷの内燃機関５１を中断なしに運転するのに十分なパワーがある。特に、上述の電解反応システム１は、電解的に得られる量の水素によって、標準的な自動車のエンジンに十分な量のパワー又は燃料を水素−酸素の混合気体の形で十分に供給できるほどエネルギー効率が高くかつ強力である。特に、上述の電気化学転換システム、すなわち電解反応システム１は、内燃機関５１，特にガソリン、ガス、又はディーゼル・エンジン、で燃焼させたときに標準の商用の自動車を通常の又は必要なパワーで駆動するのに十分な運動エネルギーを発生するだけの十分な量の水素-酸素の混合気体を生成できる。その本質的な点は、上述の電解反応システム１が、大量の水素ガスを貯蔵又は一時的にバッファする必要なしに、自動車の標準的な運転を可能にするということである。気体チャンバ２６と消費財への流体コネクション５２の容量は、典型的には０．５ｍ3未満である。特に、０．１ｍ3未満という気体チャンバ２６の容量で、“オンデマンド”の最大出力５０ｋＷの内燃機関５１に必要な燃料、特に水素／酸素混合気体、を十分に供給できる。電解反応システム１の内側の引火性の気体水素の量は比較的少ないので、これは重要な安全特徴である。したがって、この電解反応システム１がもたらす危険は比較的小さく、考えられる危険には容易に対処し、それを克服できる。特に、上述の電解反応システム１は、厳しい安全規定に合致するために検査することが容易である。これは何よりもそれぞれの場合に必要な水素ガス又は水素-酸素混合気体が、“オンデマンド”で供給されること、又は必要に応じて供給されることによる。しかし、このためには効率、出力、及び反応の高い性能が必要であり、それはすべて上述の電解反応システムによって得られる。特に、十分な量又は十分な体積の水素ガスを電解反応システム１の比較的短いウオームアップ又はランナップ段階の後に発生して、スタートし、連続運転し、５０ｋＷ以上のパワーを消費財に供給することができる。電解反応システム１，特に反応チャンバ２を設置するために必要な体積は０．５ｍ3未満、特に０．２５ｍ3未満、典型的には約０．０２ｍ3にすぎない。
【０１１４】
特許請求の範囲に規定されているように、電極集合体３は星形の配置で延びるいくつかの電極プレート、又は少なくとも１束の互いに入れ子になっている同軸の管状電極、を備える。これによって最適の電解性能を得ることができる。しかし、同様の作用又は効果は、従来技術で知られている他の電極集合体でも、例えばプレート型電極のカスケード又は直列配置によっても生成でき、特許が請求された電極集合体を必ずしも用いる必要はないとも考えられる。特に、異なるタイプの電極集合体を用いる場合、効率と性能の低下は比較的小さいと予期される。
【０１１５】
図９は、上で説明したように電解反応システム１と共に好適に使用できる該少なくともひとつの電磁コイル１３の別の実施形態を示す。電磁コイル１３のこの実施形態は、したがって、上述した特徴と組み合わせて有利な電解反応システム１を得るために使用できる。以下のセクションで、以前の図面で用いたと同じ参照数字とコンポーネント名を用いる。不必要な繰り返しを避けるために、上で行った図面の説明を参照されたい。
【０１１６】
模式図で示された電磁コイル１３は、図５に示された実施形態に代わるものであり、図１，２及び６に関して行った説明に合わせて、好ましくは星形又は管状の電極集合体３の上及び／又は下に配置され、電気エネルギーが供給されたときにその電磁界が一方で電解質に、他方では電極集合体３に作用するようにする。
【０１１７】
設けられた該少なくともひとつの電磁コイル１３は本質的にトーラス形又は円環状であり、電気的に直列で結合される複数の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’を含む。電磁コイル１３の複数の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’はそれぞれリングの全周のある割合を占める円周角６３にわたって延びる、すなわちトーラス形電磁コイル１３の３６０゜の角度のある割合にわたって延びている。直列に結合された個々の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の円周角６３は、コイル１３の全リング円周６４に対して、典型的には２０゜から５０゜までの間、特に２５゜から４５゜までの間、好ましくは約３０゜である。
【０１１８】
円環状コイル１３の周方向に次々と直列に結合された部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’は、互いに対して自由角６５を成し、それは上述の巻線ギャップ２０，２０’，２０”，２０”’に対応する。直接に続く部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間のこの自由角度６５内には電磁コイルは配置されず、その代わりに電磁コイルボディがない実質上空いたスペースがある。直列に結合された部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間のこの自由角度６５は、好適には１０゜と３０゜の間、特に１５゜と２５゜の間、好ましくはほぼ２０゜である。この自由角６５又は対応する巻線ギャップ２０，２０’，２０”，２０”’は電磁コイル１３内で、直列に配置された部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’が次々と配置される又は位置する電磁コイル１３のゾーンにおける条件と異なる電磁条件が成り立っているゾーンを画定する。個々の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間の自由角６５によって画定される巻線がないギャップは、電磁コイル１３によって生成される又は生成できる電磁界内に多様性を生んでおり、それは電解反応システム１における電解プロセスを助ける。
【０１１９】
個々の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の円周角６３と個々の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間の自由角６５が、完全なリング一周を超えた後、すなわち巻線の拡がりが３６０゜を超えた後、次々に重ねて巻かれた部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間にオフセット角６６が形成されるように選ばれると、特に効果的な電磁界が電磁コイル１３によって発生される又は発生できる。言い換えると、その結果、円環状又はトーラス形状のコイル１３のまわりに最初に巻かれた部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’が第２に巻かれた部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’又は他のすべての部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’のリングからオフセット角６６だけずれている。したがって、円環状コイル１３の周方向に次々と重なる部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’は常に互いに対してずれて又は移動して、次々に重ねて巻かれた部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間に好ましくは１００％の重なりはないようになっている。
【０１２０】
ある実際的な実施形態では、いくつかの引き続く直列に結合した部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’は、ほぼ３周回のリングが形成されるように、すなわち直列に結合した部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’が円環状又はトーラス形状のコイル１３のほぼ１０８０゜にわたって延びるように選ばれる。
【０１２１】
ある実際的な実施形態では、個々の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’が１層に巻かれるが、この場合、リングを完全に一周した後に形成される部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’は適当なオフセット角６６をとって、しかし下にある又は内側にある部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’との間に本質的に空気ギャップがないように巻かれる。
【０１２２】
電磁コイル１３は好ましくはコアを有せず、特に活性なコアを有しない。特に電磁コイル１３は空心レアクトルの形態で設けられ、発生する電磁界は電解質及び電極集合体３に強く作用し、それにより電解反応システム１における物理過程と化学過程に強く影響する。
【０１２３】
部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’は絶縁された導体、特にラッカーによって絶縁された銅線から成る複数の巻き（turns）、特に何ダースもの、何百又は何千もの巻きを含む。好ましくは、２層、特に３層の、互いに間隔をあけ、互いに直列に結合された部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’は、したがって、第１のコイル端末６７と別のコイル端末６８を有し、その間で互いに間隔をあけた部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’が円形に延びている。本明細書で前に説明したように、これらのコイル端末６７，６８を介して電磁コイル１３は電源２２に結合される。したがって、外側の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の直径は、円環状又はトーラス形状の電磁コイル１３の内側の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の直径よりも大きい。
【０１２４】
模式図で示された直接続く部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’の間の電気結合用ブラケットの代わりに、個々の部分巻線１９，１９’，１９”，１９”’を中断なしにワンピースで巻き、特にワンピースの電気導体で巻き、その間に配置される結合用ブラケットを不要にすることも当然可能であろう。
【０１２５】
例として図示された実施形態は、電解反応システム１の可能なバリエーションであり、この段階で、本発明は具体的に図示されたバリエーションに特定して限定されるものではなく、個々のバリエーションは互いに異なる組合せで用いることもでき、それらの可能なバリエーションは、開示された技術的な教示を考えたとき当業者が到達できる範囲内にあるということを指摘しておきたい。したがって、ここで説明し図示したバリエーションの個々の細部を組み合わせることで得られるすべての考えられるバリエーションが可能であり、本発明の範囲に含まれる。
【０１２６】
お互いのよき秩序のために、最後に、電解反応システム１の構造についてより明らかな理解が得られるように、このシステムとその構成要素は、ある程度異なるスケールで、及び／又は拡大されたスケールで、及び／又は縮小されたスケールで図示されていることを指摘しておかなければならない。
【０１２７】
本発明の独立な解決方法の根底にある目的はこの明細書に見出されるであろう。
【０１２８】
なかんずく、図１，２，３，４，５，６，７，８，９に図示された本発明の個々の実施形態は、それ自体で本発明によって提案される独立な解決方法となっている。本発明の目的と関連する解決方法はこれらの図面の詳細な説明に見出される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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