(57)【要約】  本発明は、ガスまたは蒸気の形態の開始構成成分よりもモル質量が低い反応ガスを生成することを目的とし、開始構成成分のガスまたは蒸気を循環させ、開始構成成分の循環経路で反応ガスを回収する、新規な電気化学的プロセスに関する。本発明によれば、反応ガス回収領域の上流側の領域で少なくとも１つの渦が作られ、まだ存在している開始構成成分を前記上流側の領域で電気化学的プロセスにかけるため、渦が、生成反応ガスを開始構成成分から分離することができる。本発明は、高温水電解に使用することができ、それにより、余剰水蒸気を電解槽内で電気分解にかけるため、生成された水素が余剰水蒸気から分離される。
2013522458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスまたは蒸気の形態の初期構成成分よりもモル質量が低い反応ガスを生成する電気化学的方法であって、前記初期構成成分の前記ガスまたは蒸気を流し、前記初期構成成分が流される経路で前記反応ガスを回収する電気化学的方法において、前記反応ガスの回収領域よりも上流側の領域で少なくとも１つの渦が作られ、まだ存在している前記初期構成成分に前記上流側の領域で電気化学的プロセスを施すため、前記渦が、生成された前記反応ガスを前記初期構成成分から分離できることを特徴とする、電気化学的方法。
【請求項２】
カソード（２．１、２．２）、アノード（４．１、４．２）、および前記カソードと前記アノードとの間に挿入された電解質（６．１、６．２）で形成される、少なくとも１つの基本の電解セル（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）によって実施される高温水電解方法であって、少なくとも前記カソードと接触している水蒸気が入口端部から出口端部へと流され、前記出口端部を通して生成された水素が回収され、前記出口端部よりも上流側の領域で少なくとも１つの渦が作られ、まだ存在している水蒸気に前記上流側の領域で電解プロセスを施すため、前記渦が、生成された前記水素を前記水蒸気から分離することができる、請求項１に記載の高温水電解方法。
【請求項３】
温度が７００℃から１０００℃である、請求項２に記載の電解方法。
【請求項４】
互いに並列した複数の渦が前記出口端部よりも上流側の前記領域に作られる、請求項２または３に記載の電解方法。
【請求項５】
互いに直列した複数の渦が前記出口端部よりも上流側の前記領域に作られる、請求項２または３に記載の電解方法。
【請求項６】
各渦が少なくとも８０ｍ／ｓに等しい接線速度で、好ましくは１００ｍ／ｓを超える接線速度で作られる、請求項１から５のいずれか一項に記載の電解方法。
【請求項７】
各渦が１０６ｍ／ｓ２を超える加速度が得られるようにして作られる、請求項１から６のいずれか一項に記載の電解方法。
【請求項８】
カソード（２．１、２．２）、アノード（４．１、４．２）、および前記カソードと前記アノードとの間に挟み込まれた電解質（６．１、６．２）でそれぞれ形成される、基本の電解セル（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）の積層体を含み、少なくとも１つの相互接続プレート（８）が２つの隣接した基本セルの間に、かつ前記２つの基本セルのうち一方のセルの電極および前記２つの基本セルのうち他方のセルの電極と電気的に接触して装着され、前記カソードおよび前記アノードそれぞれに流体を流すため、前記相互接続プレートが少なくとも１つのカソード区画（１１）および少なくとも１つのアノード区画（９）を画定している、電気化学リアクタであって、前記カソード区画および／または前記アノード区画の出口端部（８２）よりも上流側の領域Ｚ２に少なくとも１つの渦を作り出す手段（８３）を含むことを特徴とする、電気化学リアクタ。
【請求項９】
前記渦を作り出す前記手段が、有利には、前記カソード区画の前記出口端部よりも上流側の前記少なくとも１つの相互接続プレートに穿孔された孔（８３）から構成される、請求項８に記載の電気化学リアクタ。
【請求項１０】
前記孔の直径が１ｍｍ未満である、請求項９に記載のリアクタ。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか一項に記載のリアクタの相互接続プレートとして使用するためのプレート（８）であって、溝（８０）の形態の窪んだ陥凹部を形成する２つの部分的に座屈させたプレート（８．１、８．２）のアセンブリから構成され、前記アセンブリが、少なくとも１つのアパーチャ（８４）を含み、前記アパーチャ（８４）のそれぞれが、組み立てられた金属プレートの両方を貫通するとともに異なる形で窪ませて前記陥凹部とした前記溝の端部（８００）の領域（Ｚ）に作られ、両方の金属プレートのうち一方のみのプレート（８．１）を孔（８３）が貫通し、前記孔がやはり、異なるように窪ませた前記溝の前記端部の領域に作られ、かつ前記アパーチャ（８４）の周縁部に分布し、前記孔の直径が略１ｍｍ以下であり、両方の金属プレートの前記アセンブリが、前記異なるように窪ませた領域で、前記２つの金属プレート（８．１、８．２）間で、前記孔（８３）と前記アパーチャ（８４）が作られた前記周縁部におけるそれらの間の通路（８４０）を画定している、プレート。
【請求項１２】
偶数個の孔（８３）が存在する、請求項１１に記載のプレート。
【請求項１３】
前記溝の前記端部（８００）が、ガスの噴流またはガスと蒸気の混合物が前記端部で生じるようにして作られ、前記噴流がまた、前記孔（８３）の１つに対して接線方向の流出流を有する、請求項１１または１２に記載のプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスまたは蒸気の形態の初期構成成分よりもモル質量が低い反応ガスを生成する電気化学的方法であって、初期構成成分のガスまたは蒸気を流し、初期構成成分が流される経路で反応ガスを回収する、電気化学的方法に関する。
【０００２】
本発明は、かかる方法の効率改善に関する。
【０００３】
本発明が関連する主要な用途は、高温水蒸気電解（ＨＴＳＥ）とも呼ばれる、高温水電解（ＨＴＥ）である。
【背景技術】
【０００４】
電気化学リアクタは、電解質によって分離されたカソードおよびアノードによって形成される複数の基本セルを含み、それらの基本セルは、ある基本セルのアノードとその隣の基本セルのカソードとの間に全体的に挟まれる相互接続プレートを用いて、電気的に直列接続される。アノードとアノードの接続に続けてカソードとカソードの接続を設けることも可能である。相互接続プレートは、１つまたは複数の金属プレートによって形成される導電性構成要素である。これらのプレートはまた、ある基本セルに流入するカソード流体（ｃａｔｈｏｄｉｃ  ｆｌｕｉｄ）と次の基本セルに流入するアノード流体（ａｎｏｄｉｃ  ｆｌｕｉｄ）とを分離する。
【０００５】
アノードおよびカソードは、ガスが中を流れることができる多孔性物質で作られる。
【０００６】
高温で水素を生成する水電解の場合、水蒸気がカソードに流入してそこでガス状形態の水素が発生し、排出ガスはアノードに流入することができ、これによって、アノードで発生したガス状形態の酸素を収集する。ほとんどの高温電解槽は、アノードの排出ガスとして空気を使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現行では、相互接続プレートで画定された区画によって作られる流体回路は、比較的単純な構成を有する。
【０００８】
概して、カソードの出口における流体は、生成することが求められる水素だけではなく、電気分解の電気化学反応自体で残った余剰水蒸気も含む。換言すれば、高温電解槽の転化率は１００％ではない。実際には、平均生成密度を向上させるため、通常は意図的に過度な量の水蒸気が生成されるが、このことにより、水蒸気の消費率が高くなる（または水素転化率が高くなる）という損失が起こる。
【０００９】
そのため、水蒸気から水素への転化率を１００％に近づけることが求められる場合、入口から入る水蒸気がどの経路を通るにしても、その通過時間がほぼ同じであるように、セルの表面サイズを大きくするか、表面全体に流体を分布させるように最適化するか、そのいずれかが従来必要であったと考えられる。第１の選択肢の不利な点は、平均生成量が低下することであり、一方、第２の選択肢の不利な点は、実施（製造しなければならない水蒸気回路）が複雑になり得ることである。
【００１０】
それに加えて、ＨＴＥ電解槽の多くの設計者は、設計段階から、得られる生成密度のレベルに対して、したがって、上述したような転化率の損失に対して特に留意する傾向にある。結局、これらの設計者に関する限りでは、例えば、高温電解槽の下流側かつ外側に付加的手段を設置することによって、カソードの出口で転化されなかった水蒸気を生成された水素から分離することは簡単であり、これら付加的手段の機能は、残りの水蒸気を生成された水素から分離することである。現在製造されている電解槽のほとんどの設計では、これらの付加的手段は、水を水素から分離するため、電界槽の外部に装着されるコンデンサによって構成される。選択的な多孔質膜も付加的手段として言及されてきたが、これもやはり電解槽の外部に装着されて、水蒸気よりも水素を優先的に通過させることができる。
【００１１】
したがって、上述したような現行技術による高温電解槽の不利な点は、次のように要約することができる。それらの効率は、出口に水蒸気が残るという事実から、完璧なものではなく、それらの動作には、生成された水素を電気分解反応自体で残った水蒸気から分離する付加的手段を下流側に使用することを必要とする。
【００１２】
したがって、本発明の１つの目的は、従来技術の不利な点のすべてまたは一部を補償することであり、よって、高温電解槽における水素生成効率を少なくとも改善することができる解決策を提案することである。
【００１３】
本発明のより総括的な目的は、ガスまたは蒸気の形態の初期構成成分よりもモル質量が低い反応ガスを生成することを目的とした電気化学的方法であって、初期構成成分のガスまたは蒸気を流し、初期構成成分が流される経路で反応ガスを回収する、電気化学的方法の効率を改善することができる解決策を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これを達成するため、本発明の１つの目的は、ガスまたは蒸気の形態の初期構成成分よりもモル質量が低い反応ガスを生成する電気化学的方法であって、初期構成成分のガスまたは蒸気を流し、初期構成成分が流される経路で反応ガスを回収する電気化学的方法において、反応ガス回収領域よりも上流側の領域で少なくとも１つの渦が作られ、まだ存在している初期構成成分に前記上流側の領域で電気化学的プロセスを施すため、渦が、生成された反応ガスを初期構成成分から分離できることを特徴とする、電気化学的方法である。
【００１５】
反応ガス回収領域の上流側の領域は、広い意味で、水蒸気から水素への変換が起こる反応領域と見なすべきであることは自明である。
【００１６】
したがって、本発明は、本質的に、密度がより低いために直接出力されることになる、反応に由来するガスに比べて初期構成成分の出力を遅くする一方で、初期構成成分が、渦の外側に向かって接線方向で排出され、したがって出口の上流側の領域で再び電気化学プロセスに晒されることによって構成される。
【００１７】
１つの観点から、本発明は、上述の方法による、かつカソード、アノード、およびカソードとアノードとの間に挿入された電解質で形成される、少なくとも１つの基本の電解セルによって実施される高温水電解方法であって、少なくともカソードと接触している水蒸気が入口端部から出口端部へと流され、その端部を通して生成された水素が回収され、出口端部よりも上流側の領域で少なくとも１つの渦が作られ、まだ存在している水蒸気に前記上流側の領域で電解プロセスを施すため、渦が、生成された水素を水蒸気から分離することができる、高温水電解方法に関する。
【００１８】
したがって、本発明によれば、渦を作り出す手段は高温電解槽自体に組み込まれ、それによって水素の出力を促進するとともに、渦の外側へ放出することによって水蒸気の出力を遅らせる。
【００１９】
渦（または渦流）を作ることによって、高い求心加速度を得ることができ、したがって種に応じて強度が異なる遠心力を働かせることができる。「高温」という用語は、本発明の文脈では、少なくとも４５０℃に等しい温度、一般的には７００℃〜１０００℃の温度を意味するものと理解される。
【００２０】
このように組み込むことによって、出口の近傍にある余剰水蒸気が再び水素へと変換されるので、水蒸気の入口と生成された水素の単一の出口とを備えた高温電解槽（ＨＴＥ）の製造を想到することが可能である。よって、水電解のための電気化学リアクタは、入口に供給された水蒸気が十分に長時間留まれば、その水蒸気を完全に変換する。したがって、１つまたは複数の渦を作ることによって、水分子は遠心分離によって電気化学反応の活性領域でより長期間保持されることになり、またそれらが水素へと変換される可能性が向上する。
【００２１】
本発明に関する水の電気分解は、好ましくは７００℃〜１０００℃の温度で実施される。
【００２２】
有利には、性能を、即ち電気化学的効率を改善するため、互いに並列または直列した複数の渦が、出口端部よりも上流側の領域で作られる。
【００２３】
各渦は、好ましくは、少なくとも８０ｍ／ｓに等しい、好ましくは１００ｍ／ｓを超える接線速度で作られる。
【００２４】
また、好ましくは、各渦は、１０６ｍ／ｓ２を超える加速度を得ることが可能であるようにして作られる。
【００２５】
本発明はまた、ガスまたは蒸気の形態の初期構成成分よりもモル質量が低い反応ガスを生成することを意図した電気化学リアクタであって、カソード、アノード、およびカソードとアノードとの間に挿入された電解質からそれぞれ形成される、基本の電気化学セルの積層体を含み、少なくとも１つの相互接続プレートが２つの隣接した基本セルの間に、かつその２つの基本セルのうち一方のセルの１つの電極および２つの基本セルのうち他方のセルの１つの電極と電気的に接触して装着され、カソードおよびアノードそれぞれに流体を流すため、相互接続プレートが少なくとも１つのカソード区画および少なくとも１つのアノード区画を画定する、電気化学リアクタにおいて、カソード区画および／またはアノード区画の出口端部よりも上流側の領域で少なくとも１つの渦を作り出す手段を含み、まだ存在している初期構成成分を前記上流側の領域で電気化学的プロセスにかけるため、渦が、生成された反応ガスを初期構成成分から分離できることを特徴とする、電気化学リアクタに関する。
【００２６】
渦を作り出す手段は、有利には、カソード区画の出口端部よりも上流側の少なくとも１つの相互接続プレートに穿孔された孔から構成される。この解決策は、実施するのが簡単であり、すべてのタイプの相互接続プレートに簡単に適用することができる。
【００２７】
ＨＴＥ電解槽に見られる通常の流量および電解槽のセルの寸法から、孔の直径は好ましくは１ｍｍ未満である。
【００２８】
最後に、本発明は、上述したリアクタの相互接続プレートとして使用するためのプレートであって、溝の形態の窪んだ陥凹部を形成する２つの部分的に座屈させたプレートのアセンブリから構成され、アセンブリが、少なくとも１つのアパーチャであって、それぞれが組み立てられた金属プレートの両方を貫通するとともに異なるように窪ませた溝の端部の領域に作られる少なくとも１つのアパーチャと、両方の金属プレートのうち一方のみのプレートを貫通するとともにやはり異なるように窪ませた溝の端部の領域に作られる孔とを含み、孔はアパーチャの周縁部に分布し、孔の直径が約１ｍｍ以下であり、両方の金属プレートのアセンブリが、異なるように窪ませた領域において、２つの金属プレート間で、孔とアパーチャが作られた周縁部におけるそれらの間の通路を画定している、プレートに関する。
【００２９】
好ましくは偶数個の孔が存在する。この手段によって、渦が互い違いに回転することが好ましい。
【００３０】
やはり好ましくは、溝の端部は、ガスの噴流またはガスと蒸気の混合物が前記端部で生じるようにして作られ、噴流はまた、孔の１つに対して接線方向の流出流を有する。渦現象は、このような形で噴流を接線方向で引き起こすので好ましい。
【００３１】
他の特性および利点は、詳細な説明を図面と併せ読むことによってより明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による高温電解用のリアクタの一実施形態を示す側面図である。
【図１Ａ】面Ａ−Ａに沿った図１のリアクタの断面図である。
【図１Ｂ】面Ｂ−Ｂに沿った図１のリアクタの断面図である。
【図２】高温電解用のリアクタに使用される本発明による相互接続プレートの平面図である。
【図２Ａ】軸線Ａ−Ａに沿った図２の詳細断面図である。
【図３】本発明による物理的現象を示す図である。
【図４】現行技術によるものと本発明によるものそれぞれの、ＨＴＥ電解槽の入口における水蒸気の流量に対する平均生成量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、水素を発生させる高温水電解槽の１つのタイプの構成に関連して記載する。本発明を他のアーキテクチャに適用することができ、また、最初に初期生成物よりも密度が低い反応生成物が存在し、変換反応に時間と「再濃縮」を必要とし、デバイスを挿入することができる、他の化学リアクタまたは電気化学リアクタにも適用できることは自明である。提示される電解槽が動作する高温は７００℃〜１０００℃である。
【００３４】
「上流側」および「下流側」という用語は、水蒸気およびカソードで生成される水素のフロー方向に関して使用されるものとする。
【００３５】
様々な要素の表現は縮尺通りではないものとする。
【００３６】
図１には、複数の積層された基本セルＣ１、Ｃ２などを含む、本発明によるＨＴＥ電解槽が示されている。
【００３７】
各基本セルは、カソードとアノードとの間に位置する電解質を含む。
【００３８】
以下の説明において、セルＣ１およびＣ２ならびにそれらの境界面について詳細に記載することとする。
【００３９】
セルＣ１は、カソード２．１およびアノード４．１を含み、それらの間には電解質６．１が、例えば固体電解質が位置付けられ、その厚さは、「電解質支持」セルと呼ばれるセルの場合は約１００μｍ、「カソード支持」セルと呼ばれるセルの場合は数μｍである。
【００４０】
セルＣ２は、カソード２．２およびアノード４．２を含み、それらの間には電解質６．２が位置付けられる。電解質はすべて固体タイプのものである。
【００４１】
カソード２．１、２．２およびアノード４．１、４．２は多孔性物質で作られ、例えば５００μｍより厚く、一般的にはそれぞれ約１ｍｍおよび４０μｍである。
【００４２】
セルＣ１のアノード４．１は、アノード４．１およびカソード２．２と接触する相互接続プレート８によって、セルＣ２のカソード２．２に電気的に接続される。それに加えて、このことによってアノード４．１およびカソード２．２に電力供給することが可能になる。
【００４３】
相互接続プレート８は２つの基本セルＣ１、Ｃ２の間に挟まれる。
【００４４】
図示される例では、基本セルのアノードと隣接したセルのカソードとの間に挟まれる。しかし、２つのアノードまたは２つのカソードの間に挟まれてもよい。
【００４５】
相互接続プレート８は、隣接したアノードおよび隣接したカソードと併せて、流体が中を流れるチャネルを画成する。より具体的には、アノード４にガスを流すためのアノード区画９と、カソード２にガスを流すためのカソード区画１１とを画成する。
【００４６】
図示される例では、アノード区画９は壁９．１１によってカソード区画１１から分離される。図示される例では、相互接続プレート８も、壁９．１１と併せて、アノード区画９およびカソード区画１１を画定する、少なくとも１つのダクト１０を含む。
【００４７】
図示される例では、相互接続プレートは、複数のダクト１０ならびに複数のアノード区画９およびカソード区画１１を含む。有利には、ダクト１０および区画は六角形のハニカム部分を有し、それによって、区画９、１１およびダクト１０の密度を増加させることができる。
【００４８】
図１Ａに示されるように、水蒸気は各カソード２．１、２．２を循環する。
【００４９】
したがって、図１Ａの矢印１２および１３がアノード区画９およびカソード区画１１内の経路を示すことは明白である。
【００５０】
図１Ｂに示されるように、電解槽の構成によっても、ダクト１０の第１の端部１０．１を別の図示されないダクトを介して水蒸気の供給源に接続し、ダクト１０の第２の端部１０．２をカソード区画１１に接続することができる。したがって、矢印１４は、ダクト１０内をカソード区画１１に向かうフロー（矢印１６）からの水蒸気の戻りフローを示す。
【００５１】
排出ガスがアノード区画９を流れて、酸素を排気するように定められてもよい（矢印１３を参照）。したがって、図１Ａおよび１Ｂの矢印１２および１３が、アノード区画９およびカソード区画１１における同時性の経路を示すことは明白である。本発明の文脈では、図示されるフローは他方の方向（逆向きの矢印１２および１３）で同等に表すことができることは自明である。
【００５２】
本発明者は、各カソードの出口端部において、生成された水素と混ざり合った水蒸気が残ることを見出しており、したがって、この水蒸気は上流側で起こる電気分解反応で残される。
【００５３】
この余剰水蒸気を、生成された水素から分離することによって、ほとんどの場合は電解槽よりも下流側に装着されたコンデンサを用いて処理することが知られている。
【００５４】
そのため、本発明者は、出口よりも上流側に、即ち生成された水素を収集するための出口アパーチャよりも上流側に、１つまたは複数の渦を作るという発想を得た。
【００５５】
実際には、水素のモル質量は２ｇ・ｍｏｌ−１に等しく、一方水蒸気のモル質量は１８ｇ・ｍｏｌ−１に等しいので、基本の電解質セルそれぞれの出口付近に到達する混合物中の水蒸気と生成された水素との間の相対密度は９に等しい。
【００５６】
したがって、生成された水素および余剰水蒸気によって構成される混合物のフロー流に１つまたは複数の渦を作ることによって、両方のタイプの分子（Ｈ２およびＨ２Ｏ）に差異を付けられた遠心力がかかり、結果として重い分子（Ｈ２Ｏ）を遠心分離するとともに軽い分子（Ｈ２）を抽出する助けとなる。
【００５７】
出口で水蒸気分子を放出するこの現象は、出口により近いところで起こるほど強力になる。
【００５８】
図２および２Ａには、本発明者が発想を得た渦を作り出す手段が、上述した相互接続プレート８とともに、電解槽の構成の中で示されている。
【００５９】
各相互接続プレート８は、部分的に座屈させてあって溝８０の形態の窪んだ陥凹部を形成している、２つの金属プレート８．１、８．２のアセンブリから構成される。
【００６０】
図２および２Ａに示されるように、アセンブリ８は少なくとも１つのアパーチャ８４を含み、アパーチャ８４のそれぞれは、組み立てられた金属プレートの両方を貫通する。
【００６１】
このアパーチャ８４は、異なる形で窪ませて陥凹部とした溝８０の端部の領域Ｚに作られる。異なる形で窪ませて陥凹部としたこの領域Ｚは、窪ませていないものであり得る。
【００６２】
異なる形で窪ませた溝８０の端部の領域Ｚにおいて、孔８３は、２つの金属プレートのうち一方のみのプレート８．１を貫通し、アパーチャ８４の周縁部に規則的に分布される。
【００６３】
孔８３の直径は約１ｍｍであるが、それよりも小さくてもよい。渦の互い違いの回転を促進するように、好ましくは孔８３は偶数個存在する。したがって、図２に示されるように、アパーチャ８４の周りで規則的に間隔を空けられた１２個の孔８３が存在する。
【００６４】
異なるように窪ませた領域Ｚにおける２つの金属プレート８．１、８．２のアセンブリは、２つの金属プレート８．１、８．２の間、かつ孔８３とアパーチャ８４との間の通路８４０を画定する（図２Ａ）。
【００６５】
溝８０は、生成された水素を収集するための溝である。同様に、アパーチャ８４は、電気分解反応によって生成された水素を回収するためのアパーチャであり、通常、供給マニホルド（ｓｕｐｐｌｙ  ｍａｎｉｆｏｌｄ）と呼ばれる収集アセンブリの一部分を構成し、孔あきパイプ（図示なし）が中に設置される。
【００６６】
直径１ｍｍ以下の孔８３が存在すること、ならびに領域Ｚへの入口における流量により、この領域Ｚに到達する混合物（余剰水蒸気と生成された水素）は、１００ｍ／ｓを超える接線速度でいくつかの並列した渦を通り抜ける。
【００６７】
したがって、混合物は、次式を使用して計算される加速度を受ける。
【数１】
2013522458.tif 000003
式中、
γは加速度、
Ｖは接線速度、
Ｒは出口孔の半径、
あるいは、
【数２】
2013522458.tif 000004
であり、即ち、地球の重力加速度（ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）の１００万倍に近い加速度である。
【００６８】
かかる加速度によって、より軽い水素分子は、回収アパーチャ８４と流体連通している孔８３を通して排出されやすい（図２Ａの矢印１５を参照）。一方で、水素分子よりも重い余剰水蒸気中の水分子は、外部に向かって放出されやすく、したがって、領域Ｚにおける、即ち電解槽自体での電解プロセスに利用可能であり、そのプロセスにかけることができる。
【００６９】
図２に示されるように、領域Ｚよりも上流側の溝８０の端部８００は、有利には、水素および水蒸気の噴流が前記端部８００で作り出されるようにして作られる。それに加えて、この端部の出口では、噴流は孔８３それぞれの軸線に対して接線方向のフローを有する。孔８３によって作られる渦の現象はより一層促進される。
【００７０】
図３は、孔８３によって作られる渦によって起こる水素ガスの流れＶの様子を図式的に示しており、矢印は水分子の射出方向を表す。
【００７１】
図４は、ＨＴＥ電解槽において、本発明によってもたらされる全体的な効率の増加を示しており、
実線の曲線３は、現行技術によるＨＴＥ電解槽における水蒸気の流量増加による平均生成量の変化を表し、
破線の曲線５は、本発明によるＨＴＥ電解槽における水蒸気の流量増加による平均生成量の変化を表し、
点線の直線ＬＴは、水蒸気から水素への１００％の変換が完全に得られる理論上の例における、水蒸気の流量増加による平均生成量の変化を図式的に表す。
【００７２】
本発明により、曲線５は曲線３よりも理論上の直線ＬＴに近いことは明白である。換言すれば、本発明による渦の作成によって、水蒸気転化率が１００％近くになる。
【００７３】
したがって、上述した本発明は、反応ガス（実施例ではＨ２）の排気を遅らせることによって、かつ初期構成成分を構成するガスまたは蒸気を別の電気化学的プロセスにかけやすくすることによって、回収領域よりも上流側の領域で１つまたは複数の渦を、即ち、電気化学反応から生成されたガスを回収する孔の軸線に対して接線方向で１つまたは複数の渦を作ることから成る。
【００７４】
２つの構成成分を分離するのに使用される、現行技術において渦を作り出す様々な方法に比べて、この場合は、ガス／蒸気の単一の入口とガスの単一の出口とが存在し、反応ガス回収孔の軸線に対して接線方向で渦が作られるものとする。また、最も軽い分子が外部に向かって排除される、現行技術によって作られる渦とは異なり、本発明では、最も重い分子、即ち初期構成成分の分子を外部に放出するように渦が作られる。
【００７５】
上述した本発明は多くの利点を有する。
【００７６】
実際には、基本の電解セル自体の内部に渦作成手段を直接組み込むことによって、次のような利点がある。
全体的な効率が向上する。実際に、所与の生成量に対して、より多量の水を流す必要はなく、液化される水はより少量のはずである。
効率の程度が高まる。
構造が単純になる。高温電解槽自体の内部に単純な孔が作られる。
より少量の水蒸気を流せばよく、出口で液化されるという事実によって、コンパクトさが改善され、このことによって熱交換器の寸法を低減することができる。
【００７７】
高温電解槽に関して記載したが、本発明による渦によって、最も重い分子を遠心分離で反応ガスの初期構成成分から分離できるという条件で、本発明による解決策は、反応ガスのモル質量が蒸気またはガスの形態の初期構成成分よりも低い、すべての電気化学的方法に適用可能である。このようにして、初期構成成分は、反応ガスが回収される出口にすぐ近接した上流側の領域における電気化学反応に再度かけられる。
【００７８】
例えば、ＰＥＭＦＣタイプの燃料電池では、カソードで生じる反応は次式のように記述される。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
【００７９】
本発明による渦をカソード出口で作ることによって、生成された水蒸気を供給酸素よりも簡単に排気することが想到される。
【符号の説明】
【００８０】
２．１、２．２  カソード
３  従来技術による平均生成量
４．１、４．２  アノード
５  本発明による平均生成量
６．１、６．２  電解質
８  相互接続プレート
８．１、８．２  金属プレート
９  アノード区画
９．１１  壁
１０  ダクト
１０．１  第１の端部
１０．２  第２の端部
１１  カソード区画
１２  経路
１３  経路
８０  溝
８３  孔
８４  アパーチャ
８００  溝の端部
８４０  通路
Ｃ１、Ｃ２  基本セル
Ｚ  区画
【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２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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