(57)【要約】  本発明は、高温水電気分解のためのデバイスに関連し、カソード（２）、アノード（４）及びカソードとアノードとの間に介在する電解質（６）から形成される少なくとも一つの基本電気分解セル並びに、少なくとも一つの平板Ｐ１によって区分された金属部（８０）からなる電気的及び流体的相互接続部を形成する第一のデバイス（８．０）を備え、前記金属部が、一方が他方に重ねられた二つの内部チャンバー（８１，８２）及び、表面に渡って配置され、平板に対してほぼ垂直であり、二つのグループに分けられる複数の穴（８１０、８２０）を備え、穴のグループの一方（８１０）が、平板Ｐ１上で、隣接するチャンバー（８１）に直接開口し、穴のグループのもう一方（８２０）が、平板Ｐ１上でチャネル（８３）を通して最も遠い前記チャンバー（８２）に開口し、第一の相互接続部の平板Ｐ１が、カソード（２）の平板と機械的に接触する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード（２）、アノード（４）及び前記カソードと前記アノードとの間に介在する電解質（６）から形成される少なくとも一つの基本電気分解セル並びに、
少なくとも一つの平板Ｐ１によって区分された金属部（８０）からなる電気的及び流体的相互接続部を形成する第一のデバイス（８．０）を備え、
前記金属部が、一方が他方の上に重ねられた二つの内部チャンバー（８１，８２）及び、表面に渡って配置され、前記平板に対してほぼ垂直であり、二つのグループに分けられる複数の穴（８１０、８２０）を備え、
穴のグループの一方（８１０）が、前記平板Ｐ１上で、隣接する前記チャンバー（８１）に直接開口し、
穴のグループのもう一方（８２０）が、前記平板Ｐ１上でチャネル（８３）を通して最も遠い前記チャンバー（８２）に開口し、
第一の前記相互接続部の前記平板Ｐ１が、前記カソード（２）の平板と機械的に接触している、高温水電気分解のためのデバイス。
【請求項２】
隣接する前記チャンバーが、それを通して水蒸気が導入されるチャンバーであり、最も遠い前記チャンバーが、それを通して、電気分解によって発生した水素が収集されるチャンバーである、請求項１に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項３】
隣接する前記チャンバーが、それを通して、電気分解によって発生した水素が収集されるチャンバーであり、最も遠い前記チャンバーが、それを通して水蒸気が導入されるチャンバーである、請求項１に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項４】
前記穴（８１０，８２０）が、０．５から５ｍｍの間の直径であり、好適には１．２５ｍｍから２．５ｍｍの間の直径である円形断面を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項５】
二つの隣接する前記穴の中心の間の距離が、７ｍｍから２８ｍｍの間であり、好適には７ｍｍから１４ｍｍの間である、請求項１から４のいずれか一項に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項６】
前記穴が、平行な線に沿って、等しい間隔で配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項７】
前記平板Ｐ１上で、隣接する前記チャンバーに直接開口する配列された穴のグループの一方（８１０）が、前記平板Ｐ１上で、最も遠い前記チャンバーに開口する配列された穴のグループのもう一方（８２０）と交互に配置される、請求項６に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項８】
前記交互配置が、ともに前記平板Ｐ１上で、隣接する前記チャンバーに直接開口する前記グループ（８１０）の前記穴が、ともに前記平板Ｐ１上で、最も遠い前記チャンバーに開口する前記穴（８２０）に対して互い違いに配置され、ともに前記平板Ｐ１上で、隣接する前記チャンバーに直接開口する前記グループ（８１０）の穴のそれぞれが、ともに前記平板Ｐ１上で最も遠い前記チャンバーに開口するグループの４つの前記穴（８２０）の中心に位置し、またその反対でもある、請求項７に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項９】
一方のグループの４つの前記穴（８１０）が正方形を形成し、もう一方のグループの前記穴（８２０）が、前記正方形の中心に位置する、請求項８に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項１０】
少なくとも一つの平板Ｐ２によって区分された金属部（８４）からなる電気的及び流体的相互接続部を形成する第二のデバイス（８．１）を備え、
前記金属部が、内部チャンバー（８５）及び、表面全体に渡って分布し、前記平板にほぼ垂直であり、この平板Ｐ２上で前記チャンバー（８５）に開口する複数の穴（８５０）を備え、
前記第二の相互接続部（８．１）の前記平板Ｐ２が、前記アノード（４）の平板と機械的に接触している、請求項１から９のいずれか一項に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項１１】
前記平板Ｐ２が、前記アノードの平板と直接機械的に接触している、請求項１０に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項１２】
前記平板Ｐ２が、導電性材料からなるゲートと直接機械的に接触しており、前記ゲートそれ自体が、前記アノードの平板と直接機械的に接触している、請求項１０に記載の水電気分解のためのデバイス。
【請求項１３】
カソード、アノード及び前記カソードと前記アノードとの間に配置された電解質からそれぞれ形成された基本電気分解セルの積層体並びに、
二つの隣接した前記基本セルの間に形成された第一の相互接続部（８．０）及び第二の相互接続部（８．１）を備える相互接続プレートを備え、
前記第一の相互接続部の平板Ｐ１が、二つの前記基本セルのうち一方のカソードと機械的に接触し、前記第二の相互接続部の平板Ｐ２が、二つの前記基本セルのうち他方のアノードと機械的に接触した、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の高温水電気分解のためのデバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電気分解デバイスを複数備える、水素発生アッセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の高温電気分解（ＨＴＥ）のためのデバイスに関連し、このデバイスはまた、高温水電気分解デバイスまたは高温水蒸気電気分解デバイス（ＨＴＳＥ）とも呼ばれる。
【０００２】
具体的には、動作をより円滑にする新しいＨＴＥ電気分解デバイスの構造を記載する。
【背景技術】
【０００３】
高温水電気分解デバイス（ＨＴＥ）は、電解質、カソード及びアノードから構成される少なくとも一つの基本電気化学セルを備え、電解質は、アノードとカソードとの間に位置する。電解質は気密性であり、電気的に絶縁性であり、イオン伝導体である。電極（アノード及びカソード）は、多孔質材料から形成され、電子伝導体である。
【０００４】
ＨＴＥ電気分解デバイスはまた、一つまたはそれ以上の電極と電気的に接触した状態である流体的及び電気的相互接続デバイスを備える。これらの相互接続デバイスは一般に、全ての電流導入及び収集機能、並びに一つまたはそれ以上の気体循環室を区分する役割を果たす。
【０００５】
そのため、いわゆるカソード室の機能は、電流及び水蒸気を導入し、接触しているカソードにおける水素を収集することである。
【０００６】
いわゆるアノード室の機能は、電流を導入し、接触しているアノードにおいて発生した酸素を収集することである。排出する気体はまた、発生した酸素を排出するためにアノード室への入力に注入されてもよい。注入された排出気体の追加的な機能は、温度調整として働くことである。
【０００７】
図１、１Ａ及び１Ｂは、相互接続デバイスとしてよく用いられるチャネルプレート１を示している。注目する電極と直接機械的に接触している歯またはリブ１０によって、電流は電極の部分で内部に導入され、または外部へ取り出される。カソードにおける水蒸気（またはアノードにおける排出気体）の導入は、図１の矢印によってシンボル的に表されている。カソードにおいて発生する水素は、積層セルにおいて通常よくマニホールドと呼ばれる流体的接続部内に開口するチャネル１１を通して収集される（または、アノードにおいて発生する酸素が収集される）。このタイプの相互接続デバイスの構造は、二つの導入及び収集機能（気体／電流）間の妥協を達成するためになされる。
【０００８】
このチャネルプレートの主な欠点は、次のようにまとめることができる。
【０００９】
初めに、電気分解セルの表面を均一に用いることができないことである。電気化学反応は、電極と電解質との間の界面近傍で発生し、注目される気体、電子及びイオンは同じ領域に存在しなければならず、電子を収集器の歯１０の下の領域に供給することは容易である一方で、気体と共にそれらを供給することは困難である。制約事項は、接触する電極の透過性及び厚さ、並びに歯１０の幅である。同様に、チャネル１１下の領域に電子を供給することは難しい。なぜなら、そのとき存在する電極は全て低い実効導電性を有するからである。制約事項は、実効導電性並びにチャネル１１の厚さ及び幅である。発明者は、電流導入／収集部の面積と、水蒸気導入または発生気体の収集部の面積の比Ｒが、セル表面の真の利用を表すパラメータであると考えている。相互接続チャネルプレート１の場合、次式で計算される比Ｒは、通常、５０％よりも低い。
【００１０】
Ｒ＝１／（１＋ｗ／Ｌ）、ここで、ｗはチャネル１１の幅であり、Ｌは歯１０の幅である。
【００１１】
このプレート構造１は、発生領域間の区別を意味している。発生領域のうちいくつかの領域においては、発生密度及びそれゆえ電流密度が非常に高いかもしれないが平均密度が低く、それゆえ性能の劣化の局所的な原因を有する。これは、図１Ｂにおいて局所的に（ミリメートルのスケール）で示され、そこでは、非常に強い電流線がリブ１０に位置することが示されている。同様に、電極領域を考えると、チャネルの上流部と下流部との間の気体の流れにおける水の量の変化のために、電流線は出力方向に沿うよりも入力方向に沿う方がより強い。
【００１２】
同様に、このプレート構造１は、チャネル１１に不均一な水蒸気が供給されることを意味し、この水蒸気の強い過給が、全てのチャネル１１に対して均一で安定した供給を保証するために必要（消費する水の１００％以上の余剰な水が加えられる）であり、そのために、水蒸気の高い利用率を達成することが難しくなる。この水蒸気を調整し、加圧することは、無視することのできない影響を、電気分解デバイスに関連するエネルギー消費にもたらす。
【００１３】
アノード側の相互接続プレート１の歯とカソード側の相互接続プレートの歯との間に大きな位置のオフセットがある場合、曲げによってセルに荷重がかかりうるという機械的なリスクも存在し、どのような平面性を失う欠陥が存在しても歯がセルに穴を開けたりひびを発生させたりする可能性がある。このリスクを避けるためには、セルのそれぞれの側のプレートの組み立てにおける相対的に非常に高い精度及び非常に高い歯の製造品質が必要になる。
【００１４】
さらには、注入口及び排出口を有するアノード側のチャネル構造は、排出する気体がセルの外側で発生する酸素を排出するのに用いられる場合に限って利用可能である。この排出気体の調整もまた、顕著なエネルギーコストをもたらす。
【００１５】
最後に、このプレート構造は、発生した気体の収集領域のために大きな材料厚さ及び非常に高価である可能性のある形状形成（マシニング）を必要とする。薄いプレート及びスタンピングが用いられるが、それぞれの歯の幅及び歯の間の間隔についての製造可能性を制限する。発明者はまた、相互接続チャネルプレート１などを有するそれぞれのセルに伝搬される電流の非均一性の減少が、単に限定される可能性があることも考慮している。
【００１６】
他の相互接続プレート１’が、非特許文献１に既に開示されている。このプレートは、矢印によって示された流体の循環と共に、図２に示されており、インターディジット型構造を有している。これは、プレート１に関して言及した機械的曲げの問題を解決するものではなく、接触状態にある電極の水圧破断を引き起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Ｘｉａｎｇｏ  Ｌｉ著、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  ３０（２００５）３５９−３７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、高温水電気分解デバイスのカソードにおける既存の相互接続プレートの欠点の全てまたはいくつかを克服できる解決手段を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
これを達成するために、本発明の目的は、カソード、アノード及び前記カソードと前記アノードとの間に介在する電解質から形成される少なくとも一つの基本電気分解セル並びに、少なくとも一つの平板Ｐ１によって区分された金属部からなる電気的及び流体的相互接続部を形成する第一のデバイスを備え、前記金属部が、一方が他方の上に重ねられた二つの内部チャンバー及び、表面に渡って配置され、前記平板に対してほぼ垂直であり、二つのグループに分けられる複数の穴を備え、穴のグループの一方が、前記平板Ｐ１上で、隣接する前記チャンバーに直接開口し、穴のグループのもう一方が、前記平板Ｐ１上でチャネルを通して最も遠い前記チャンバーに開口し、第一の前記相互接続部の前記平板Ｐ１が、前記カソードの平板と機械的に接触している、高温水電気分解デバイスである。
【００２０】
そのため、本発明に従う、水蒸気がその中を通して導入されるカソード室の一部が、二つのチャンバー及び穴の一方のグループから構成される。本発明に従う穴の他方のグループ及び二つのチャンバーの他方は、カソードにおいて発生する水素がそれを通して再生されるカソード室の他の部分を形成する。
【００２１】
全てのさまざまな形状の穴が、本発明の範囲に含まれるとみなすことができ、円形または長方形の断面または細長いスリットを有する穴を含む。
【００２２】
本発明の目的に関して、流体的及び電気的相互接続部は、電流及び流体を、電気分解セルの電極へ及び電極から導入しまたは収集するシステムを指す。そのため、本発明に従う電気分解デバイスは、カソードと接触する第一の相互接続部及びアノードと接続する後述する第二の相互接続部を有する単一の電気分解セルを備えるものであってもよい。同様に、後述するように、本発明に従う電気分解セルの積層体における相互接続プレートは、一つの基本電気分解セルのカソードと接触する第一の相互接続部及び隣接した電気分解セルのアノードと接触する第二の相互接続部を備えていてもよい。
【００２３】
このことは、前文において開示されたような従来技術に従う相互接続チャネルプレートの従来の構造の欠点を克服するものである。
【００２４】
そのため、本発明に従えば、それぞれの電気分解セルからの発生密度は、より均一になり、水蒸気使用（または変換）率は、従来技術に従うＨＴＥ電気分解デバイスの構造を用いて可能である率よりも向上する。
【００２５】
複数の穴がカソード平板上に開口するという事実は、第一にセルの表面全体の電気的な振る舞いを、カソードと第一の相互接続部との間の制限された電気接触抵抗を有する全ての点において均一にすることができることを意味している。換言すれば、カソードにおける電流分布が最適化される。
【００２６】
同様に、チャンバーの重なり及び複数の穴によって、水蒸気を均一かつ直接にカソードのどの点にも、従来技術とは異なり過電圧の集中を制限することができる穴のグループを通して注入することができる。
【００２７】
二つの変形を、水蒸気の注入に関して選択することができる。
【００２８】
第一の変形に従えば、隣接するチャンバーはその内部を水蒸気が導入されるチャンバーであり、最も遠いチャンバーは、それを通して、電気分解によって発生した水素が収集されるチャンバーである。
【００２９】
第二の変形に従えば、隣接するチャンバーは、それを通して、電気分解によって発生した水素が収集されるチャンバーであり、最も遠いチャンバーは、それを通して水蒸気が導入されるチャンバーである。
【００３０】
穴は０．５から５ｍｍの間、好適には１．２５ｍｍから２．５ｍｍの間の直径である円形断面を有することが好ましい。
【００３１】
また、二つの隣接した穴の中心間の距離は、７ｍから２８ｍｍの間、好適には７ｍｍから１４ｍｍの間であることが好ましい。そのような距離では、下記の例を参照して計算で用いられるような電気分解セルにおいて、圧力損失を２００ミリバールよりも小さくすることができる。
【００３２】
穴は好適には平行な線に沿って、等しい間隔で配列される。
【００３３】
カソードにおける動作は、平板Ｐ１上で、隣接するチャンバーに直接開口する配列された穴の一方のグループを、平板Ｐ１上で最も遠いチャンバーに開口する配列された穴の他方のグループと交互に配置されるように好適に提供することにより、より均一にすることさえできる。
【００３４】
平板Ｐ１上で、隣接するチャンバーに直接どちらも開口するグループの穴が、平板Ｐ１上で最も遠いチャンバーにどちらも開口する穴と互い違いに配置され、平板Ｐ１上で、隣接するチャンバーに直接どちらも開口するグループのそれぞれの穴が、平板Ｐ１上で最も遠いチャンバーにどちらも開口するグループの４つの穴の中心、またその反対に配置されて、交互配置を達成することもできる。
【００３５】
また好適には、一方のグループの４つの穴は正方形を形成し、他方のグループの穴は正方形の中心にある。互い違いの交互配置により繰り返す原則は、流体工学（水蒸気の導入及び発生した水素の収集）、熱（電気分解セルの全ての点で均一に分布される熱）及び電気化学（セル内の全ての点で同一な電気分解反応）の観点から、セル全体に渡ってより均一な動作さえもたらす。さらに、第一の相互接続部は、容易に実現可能な大きさを有する。
【００３６】
本発明に従う電気分解デバイスは、少なくとも一つの平板によって区分される金属部からなる電気的及び流体的相互接続部を形成する第二のデバイスを備えてもよく、金属部は、内部チャンバー及び、表面全体に渡って分布し、平板に対してほぼ垂直であり平板上でチャンバーに開口する複数の穴を備え、第二の相互接続部の平板はアノードの平板と機械的に接触していてもよい。
【００３７】
第二の相互接続部の平板Ｐ２は、アノードの平板と直接機械的に接触することができる。
【００３８】
本発明に従う水電気分解デバイスは、それぞれがカソード、アノード及びカソードとアノードとの間に配置された電解質から形成される基本電気分解セルの積層体並びに、二つの隣接する基本セルの間に形成される第一および第二の相互接続部を備える相互接続プレートを備えてもよく、第一の相互接続部の平板Ｐ１が二つの基本セルのうち一方のカソードと機械的に接触し、第二の相互接続部の平板が二つの基本セルのうち他方のアノードと機械的に接触する。
【００３９】
最後に、本発明は、前述したような電気分解デバイスを複数備える水素発生アッセンブリーに関する。
【００４０】
他の利点及び特徴は、図を参照しながら下記の説明を読むことにより、より明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来技術に従うＨＴＥ電気分解デバイスの相互接続プレートの正面視図を示す。
【図１Ａ】図１に従う相互接続プレートの詳細図を示す。
【図１Ｂ】プレートを通過する電流線を示す、図１Ａの視点に対応する図を示す。
【図２】従来技術に従う電気分解デバイスの他の相互接続プレートの正面視図である。
【図３】一つの電気分解セルを有する本発明に従う電気分解デバイスの断面図である。
【図４】本発明に従う流体的及び電気的相互接続部の内部透視斜視図である。
【図５】図４の相互接続部の内部透視上面図である。
【図６】電気分解セルの一つの積層体を有する本発明に従う電気分解デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
従来技術に従う、図１、１Ａ、１Ｂ及び２に示されたＨＴＥ電気分解デバイスの相互接続プレート１及び１’は、背景技術において既に述べられている。従って、これらは以下において説明されない。
【００４３】
水蒸気、水素及び酸素の経路を表すシンボル及び矢印は、全ての図において、明確さの理由で示される。
【００４４】
本発明に従う高温電気分解は、少なくとも４５０℃、典型的には７００℃から１０００℃の間の温度で行われうる。
【００４５】
図３及び４に示されるような本発明に従う電気分解デバイスは、カソード２、アノード４及びカソードとアノードとの間の電解質６から形成される基本電気分解セルを含む。
【００４６】
本発明に従えば、少なくとも一つの平板Ｐ１によって区分される金属部からなる電気的及び流体的相互接続部を形成する第一のデバイス８．０が存在する。
【００４７】
金属部８０は、一方が他方の上に重ねられた二つの内部チャンバー８１、８２並びに平板Ｐ１に対してほぼ垂直であり、二つのグループに分けられる複数の穴８１０及び８２０を備える。
【００４８】
穴のグループの一方８１０は、平板Ｐ１上で、隣接するチャンバー８１に直接開口し、穴のグループの他方８２０は、直接平板Ｐ１上で、チャネル８３を通して最も遠いチャンバー８２へ開口する。
【００４９】
第一の相互接続部８．０の平板Ｐ１は、カソード２の平板に機械的に接触している。
【００５０】
図３に示されるように、水蒸気は、電気分解反応のために、平板Ｐ１からもっとも遠いチャンバー８２を通して直接注入される。
【００５１】
図３において矢印並びにＨ２及びＨ２Ｏのシンボルによって示されるように、このチャンバー８２を通して注入された水蒸気は、次いでチャネル８３を通して循環し、その後、カソード２の細孔内で、相互接続部８．０によるセル表面全体への電流の均一な導入のために、次第に水素に変換される。
【００５２】
水素のうち一部は他のグループの穴８１０のそれぞれを通して均一に抽出され、次いで穴８１０が開口するチャンバー８１を通して排出される。
【００５３】
図３に示された本発明に従う電気分解デバイスは、アノード４の側に第二の相互接続部８．１を備える。
【００５４】
この相互接続部８．１もまた、アノード４の平板と直接機械的に接触する平板Ｐ２によって区分された金属部８４を備える。
【００５５】
金属部８４は、内部チャンバー８５及び、表面に渡って分布し、平板に対してほぼ垂直であり、平板Ｐ２上でチャンバー８５内にともに開口する複数の穴８５０を備える。
【００５６】
図３において矢印及びＯ２のシンボルによって示されるように、アノード４において発生した酸素は、穴８５０のそれぞれを通して収集され、次いでチャンバー８５を通して排出される。
【００５７】
図４は、本発明に従う第一の相互接続部８．１の例示的な実施形態を示す。
【００５８】
金属部８０は、互いに平行な三つのプレート８０Ａ、８０Ｂ及び８０Ｃのアセンブリーから構成される。プレートの一つ８０Ａは、互いに平行な線に沿って一定間隔で配置された穴の二つのグループ８１０及び８２０によって開口されている。
【００５９】
第二のプレート８０Ｂもまた開口されているが、チャネル８３を形成する管状スペーサを通して第一のプレート８０Ａの穴のグループ８２０に連通する穴のただ一つのグループ８００Ｂを有する。
【００６０】
第一のプレート８０Ａと第二のプレート８０ｂとの間の空間は、水素収集チャンバー８１を形成する。
【００６１】
第三のプレート８０Ｃは開口がなく、他の水蒸気導入チャンバー８１を形成する空間によって第二のプレート８０Ｂから隔てられている。
【００６２】
図５に見られるように、穴８１０及び穴８２０は互い違いに配置され、四つの穴８１０が正方形を形成し、正方形の中心に穴８２０を有する。
【００６３】
図６は、本発明に従う相互接続部を有する三つの電気分解セルＣ１、Ｃ２及びＣ３の積層体を図面的に示している。
【００６４】
より正確には、電流が積層体の端子において導入及び収集され、積層体の端子は、第一にセルＣ１のカソードと接触する第一の相互接続デバイス８．０及び第二にセルＣ３と接触する第二の相互接続デバイス８．１によって構成される。
【００６５】
第二の相互接続部８．１及び第一の相互接続部８．０からなる相互接続プレートは、セルＣ１とセルＣ２との間に配置され、第二の相互接続部８．１は、セルＣ１のアノードの平板Ｐ２と接触し、第一の相互接続部８．０は隣接するセルＣ２のカソードの平板Ｐ１と接触する。
【００６６】
これは、二つの隣接するセルＣ２及びＣ３の間においても正確に同じ方法でなされる。
【００６７】
発明者は、ＡＮＳＹＳ  ＦＬＵＥＮＴバージョン１２．０有限要素解析ソフトウェアを用いて、本発明に従う穴の大きさ、数および分布を負荷作動圧力の関数として実証する設計計算を行った。
【００６８】
計算は図５に示すような繰り返しパターンに基づいて行われ、繰り返しパターンは、パターンの間隔を規定する辺長Ｌを有する二等辺三角形とし、この二等辺三角形は、それを通して水蒸気が導入される穴８２０の中心と一致する一つの頂点及び、それを通して、発生した水素が排出される穴８１０の中心と一致するもう一つの頂点を有するものとしたことに注意しなければならない。
【００６９】
また、それぞれの計算に関して、水蒸気の導入、発生した水素の排出及び発生した酸素の排出のためのそれぞれの穴８２０、８１０及び８５０は全て同一の半径Ｒを有することに注意しなければならない。
【００７０】
これらの計算の結果を下記に示す。
【００７１】
初めに、作動条件は以下のとおりであることに注意しなければならない。それぞれの電気分解セルの電圧は１．１７Ｖである。チャンバー８２に注入される流体の取入温度は８００℃である。カソード２における注入された混合流体の組成は、１０％Ｈ２及び９０％Ｈ２Ｏであり、電流密度ｉ＝１Ａ／ｃｍ２に関して１０％Ｈ２Ｏの化学量論に対応する流れであり、すなわち水蒸気の分子流は、次の式で表される。
【００７２】
【数１】
2013522461.tif 000003
【００７３】
この方程式において、Ｌは上述した計算のパターンの間隔でありｃｍで表され、Ｆはクーロン／ｍｏｌで表されるファラデー定数である。アノード側４には、排出ガスはない。全てのガスは、非圧縮性であると仮定されている。電気分解セルの特性は下記の表に規定される。
【００７４】
【表１】
2013522461.tif 000004
【００７５】
（例１）
第二の相互接続部８．１を形成する金属部８４は、図３に示すようにアノード４に直接機械的に接触している。
【００７６】
この第二の相互接続部８．１の平板Ｐ２は、図３に示すように、アノードの平板に直接機械的に接触している。
【００７７】
発生した酸素の収集のための穴８５０は、それぞれ水蒸気導入及び酸素収集の穴８１０及び８２０のセットと正確に同じ方法で一列に並び、互い違いに配置されている。
【００７８】
１バールの同一の圧力が、水素収集チャンバー８１からの排出口及び酸素収集チャンバー８５からの排出口において印加されている。
【００７９】
この例１に関する計算結果は、次のとおりである。
【００８０】
【表２】
2013522461.tif 000005
【００８１】
この例１は、次のことを示している。
【００８２】
電流密度は、間隔Ｌの値に対してあまり敏感ではない。電流密度は、穴の半径Ｒに対して、より敏感である。穴の半径Ｒが小さいほど電流分布が良好である。反対に、Ｒが大きいほど、酸素がより排出され、アノード４における圧力が減少し（アノード４における圧力損失ΔＰが増大し）、このことはネルンストポテンシャルを低くすることに寄与する。従って、電流密度は、Ｒに対して増大する。カソード２における圧力損失ΔＰは、相対的に高い。間隔Ｌが大きくなるほど、または穴の半径Ｒが小さくなるほど、圧力損失は増大する。
【００８３】
（例２）
例２は、印加圧力が３０バールであり、水素収集チャンバー８１からの排出口及び酸素収集チャンバー８５からの排出口において同じであることを除いて、例１と正確に同じである。この例２に関する計算は、次のとおりである。
【００８４】
【表３】
2013522461.tif 000006
【００８５】
この例２において、例１に関して観察された変化は、カソードにおける圧力損失がより低いことを除いて、３０バールにおいて同じであることがわかる。
【００８６】
（例３）
例３は、アノードの平板が図３において示されたような開口プレートの部分８４の代わりに導電材料からなるゲートと直接機械的に接触していることを除いて、例１と正確に同じである。従ってこの場合、この導電ゲートが部分８４とアノードの平板との間に挿入されている。ゲートは、カソードの全領域に渡って均一に電流を導入するように選択される。導電ゲートはまたその存在による圧力損失が無視できるように透過性として形成される。
【００８７】
この例３に関する計算は、次のとおりである。
【００８８】
【表４】
2013522461.tif 000007
【００８９】
この例３において、次のことがわかる。ゲートがアノードと直接機械的に接触するように置かれた場合、電流密度は、例１の場合よりもわずかに高くなる。このことは、ゲート素子を有する場合に得られる酸素圧力がより低く、従ってネルンストポテンシャルが低くなるという事実によって説明される。例１及び２のように、電流密度は、間隔Ｌの値に対してあまり敏感ではない。穴の半径Ｒが小さくなると、カソードにおける電流分布が向上するため、電流密度は増加する。アノードにおける圧力損失ΔＰは低い。カソードにおける圧力損失ΔＰは相対的に高い。間隔Ｌが大きくなると、または穴の半径Ｒが小さくなると、圧力損失は増大する。
【００９０】
（例４）
例４は、印加される圧力が３０バールであり、水素収集チャンバー８１からの排出口及び酸素収集チャンバー８５からの排出口において同じであることを除いて、例３と正確に同じである。
【００９１】
この例４に関する計算は、次のとおりである。
【００９２】
【表５】
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【００９３】
この例４において、例３に関して観察された変化は、カソードにおける圧力損失が低くなることを除いて、３０バールの圧力においても同一であることがわかる。
【００９４】
上述の例１から４から引き出すことのできる結論は、排出口における水素のモル分率χＨ２がほぼ一定のままであるため、電気分解性能自体は基本的なパターン（間隔Ｌの値）のレイアウトに対してかなり無反応であるということである。
【００９５】
反対に、圧力が低いほど（例においては１バール）圧力損失が大きくなるため、水圧的性能は印加される圧力に敏感であるようである。従って、発明者は、本発明に従う電気分解デバイスを、高い圧力で作動させることが好適なようであると結論付けた。
【００９６】
その他の改良は、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて行うことができる。
【００９７】
詳細には説明されなかったが、水蒸気がチャンバー８１を通して供給され、発生した水素がチャンバー２を通して再生されるような実施形態も可能であることは明らかである。
【符号の説明】
【００９８】
１  チャネルプレート
２  カソード
４  アノード
６  電解質
８．０  第一の相互接続部
８．１  第二の相互接続部
１０  リブ
１１  チャネル
８０  金属部
８１、８２、８５  内部チャンバー
８３  チャネル
８１０、８２０、８５０  穴のグループ
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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