(57)【要約】  本発明は、陰極（２．１、２．２、．．．２．ｎ）と陽極（４．１、４．２、．．．４．ｎ）の両方に水蒸気が流れるように作成された電気分解セル（Ｃ１、Ｃ２、．．．Ｃｎ）のスタックを有する高温電気分解装置（ＨＴＥ）に関する。本発明によれば、ＨＴＥ電気分解装置の構造は、酸素（又は、水素）収集管路部分（１７、１８）の近くに各陰極入口端（１１．１）及び陽極入口端（９．１）を有するように設計される。これにより、酸素及び水素収集器のまわりに水蒸気のバッファ体積が作成され、したがって、電気分解装置内に単純で有効な封止手段が構成される。【選択図】      図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極（２．１、２．２）、陽極（４．１、４．２）及び前記陰極と前記陽極の間に挟まれた電解質（６．１、６．２）からそれぞれ構成された基本電気分解セル（Ｃ１、Ｃ２、．．．Ｃｎ）のスタックを含む水の高温電気分解用反応器であって、少なくとも１つの相互接続板（８）が、２つの隣接基本セルの間に、前記２つの基本セルの一方の電極及び前記２つの基本セルの他方の電極と電気的に接触して位置決めされ、前記相互接続板は、ガスが前記陰極と前記陽極にそれぞれ流れるように少なくとも１つの陰極区分（１１）と少なくとも１つの陽極区分（９）とを画定し、
前記陰極入口端と呼ばれる前記陰極区分（１１）の端の一方が、水蒸気を送出することができる供給路に接続され、前記陽極入口端と呼ばれる前記陽極区分（９）の端の一方が、水蒸気を送出することができる供給路に接続され、
前記陰極出口端と呼ばれる前記陰極区分（１１）の端の他方が、前記セルと前記相互接続板のスタック内に作成された水素収集管路の一部分に出て、前記陽極出口端と呼ばれる前記陽極区分（９）の端の他方が、前記セルと前記相互接続板の前記スタック内に作成された酸素収集管路部分に出て、
各陰極入口端（１１．１）が、前記酸素収集及び／又は水素収集管路部分（１７）の近くに位置決めされ、各陽極入口端（９．１）が、前記水素収集及び／又は酸素収集管路部分（１８）の近くに位置決めされる、水の高温電気分解用反応器。
【請求項２】
前記水蒸気が流れることができる少なくとも１つの管路（１０）を含み、前記管路（１０）が、前記相互接続板（８）内に形成され、前記管路の第１端（１０．１）が、前記水蒸気を送出することができる前記供給路に接続され、第２端（１０．２）が、各陰極又は陽極入口端に近い領域内で出る水蒸気を、前記セルと前記相互接続板の前記スタック内に作成された前記酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方に送り、前記領域は、前記蒸気が前記陰極又は陽極入口端内に達する前に、前記酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方の周囲に前記水蒸気のバッファ体積（１４）を作成するように設計された、請求項１に記載の水の高温電気分解用反応器。
【請求項３】
前記酸素及び水素収集管路部分の一方又は他方の前記周囲に位置決めされた少なくとも１つのリブ（８１）を有し、前記リブが、前記管路の前記第２端の前記出口の前記蒸気を前記陰極又は陽極入口端の方に押し戻すことによって誘導を可能にする、請求項２に記載の水の高温電気分解用反応器。
【請求項４】
前記酸素及び水素収集管路部分の一方又は他方の前記周囲に前記リブ（８１）と反対側に位置決めされた複数の追加のリブ（８０）を有し、２つの隣接した追加のリブ（８０）間の空間が、陰極又は陽極の入口端を画定して水蒸気の放出速度を高めることを可能にする、請求項３に記載の水の高温電気分解用反応器。
【請求項５】
各陰極及び／又は陽極入口端が、前記反応器の周囲の水蒸気を収容するために前記反応器の周囲でかつセルと前記相互接続板の前記スタック内に作成された前記酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方の近くに位置決めされ、前記陰極又は陽極入口端と前記酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方との間に画定された前記領域が、前記酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方の周囲に前記蒸気のバッファ体積（１３）を作成するように設計された、請求項１に記載の水の高温電気分解用反応器。
【請求項６】
前記酸素及び水素収集管路部分の一方又は他方の前記周囲に位置決めされた少なくとも１つのリブ（８４、８５、８６）を含み、前記リブが、前記収集管路部分のまわりの前記水蒸気の周囲の案内（１３）をすることができる、請求項５に記載の水の高温電気分解用反応器。
【請求項７】
４５０℃より高く、典型的には７００℃〜１０００℃で動作するように意図された、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水の高温電気分解用反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を生成する水の高温電気分解方法に関する。
【０００２】
また、この方法を実施するための反応器、及び関連シール筐体を有するモジュールに関する。
【０００３】
より具体的には、効率の低下及び／又は構成要素の全て又は一部の破損を引き起こす可能性のある漏れの危険性を低減することによる高温電気分解装置の動作安全性の改善に関する。
【背景技術】
【０００４】
高温電気分解装置（ＨＴＥ）は、電解質によって分離された陰極と陽極によって構成された複数の基本セルを含み、基本セルは、一般にひとつの基本セルの陽極とその隣りの基本セルの陰極との間に挟まれた相互接続板によって直列に電気接続されている。また、陽極−陽極接続の後に陰極−陰極接続が続くこともできる。相互接続板は、少なくとも１枚の金属板からなる電子伝導構成要素である。この板は、また、ひとつの基本セル内に流れる陰極流体とその次の基本セル内に流れる陽極流体を分離する。
【０００５】
陽極と陰極は、ガスが流れることができる多孔質材料で作成される。
【０００６】
水素を生成する水の高温電気分解の場合、水蒸気が陰極内に流れ、水素がガスの形態で生成され、排出ガスが陽極内に流れることにより、ガスの形態で生成された酸素を陽極内に収集することができる。ほとんどの高温電気分解装置（ＨＴＥ）は、陽極内の排出ガスとして空気を使用する。
【０００７】
高温電気分解装置において、シールは、従来「ペースト状」ガラスシールによって行われる。その理由は、ガラスシールが、機械的締付けを必要とせずに電子絶縁を高めシールを良好にするという２つの利点を有するからである。一方、このペースト状ガラスシールの主な欠点は、次の通りである。
・  ガラス転移温度下での脆弱性と、特に異なる膨張率による応力を受けた場合の破損の可能性。
・  厚い陰極支持セル（きわめて厚い多孔質材料）の充填と、陽極と陰極の２つの区分間のシールと時間の経過によるシールの保守の保証の難しさ。実際に、このタイプのセルでは、シールを作成するために稠密で耐性の高い（支持体として使用することができる）領域を得ることができない。更に、ガラスや他の充填剤が、多孔質材料の孔に浸透しない。
・  多くの種類のガラスが現場でスリップから得られるので、ガラスを収容する溝を機械加工しなければならない。
・  ＨＴＥ電気分解装置のシーリング（ｃｅｉｌｉｎｇ）又は垂直設計は、溝内のガラスシールが流れやすいため不可能である。
・  ＨＴＥ電気分解装置のシーリング設計が不可能なので、スタックの下の方のセルは、スタックの重さによって圧縮が大きくなり、圧縮差が生じるため積み重ねセルの数が制限される。
・  シールの製造には動作温度を越える温度変移が必要なので、この変移は、金属材料に有害であり、したがって破損が大きくなることを意味する。
・  動作温度で粘性の高いガラスがクリープするので、シールを高い圧力差（＞１００ｍｂａｒ）にかけ続けるのが難しい。
・  動作温度が変化した場合（ガラス膜の熱力学的破損）、より詳細には水素生成を所定期間停止した後で電気分解の動作を再開した場合に、低い漏れ率を維持することが難しい。
・  セル及び連絡管の他の構成要素との潜在的な化学的非適合性（例えば、ＳｉＯ2蒸気の放出）により電極が汚染し、この結果、ガスケット表面が実質的に腐食する。
・  冷却中にガラスの粘性喪失によってスタックの構成要素間に剛性接続ができ、熱遷移中に応力が生じる。
・  構成要素の分解し難くさ、更にはセル又はセル・スタックを変更せずに分解できないこと。
【０００８】
他の解決策は、セラミック上に連絡管の金属をろう付けすることにある。しかしながら、セラミック上で連絡管の金属を濡らすと、その２つの材料間の熱膨張差もあって、寸法が大きい場合にこの操作がきわめて難しくなる。実際には、はんだ付け継ぎ目の凝固後に冷却すると、通常は、セラミックが破損する。
【０００９】
最後に、雲母を利用するか、単純に金属の他の圧縮シールが提案されている。このシールは、大きな体積ときわめて大きな外部締付けを必要とし、加熱過程でセルを破損せずに有効なシールを得るには温度の制御と維持が難しい。実際には、動作温度では、締め付けがきわめて大きいと、クリープが生じ、したがって電気分解装置構造が変化し、したがってよくてもシール性が失われる。
【００１０】
ＨＴＥ電気分解装置の動作安全性を改善するために、発明者は、本出願人の名前で出願された特許文献１で、最大１％のＨ2を含む水蒸気を排出ガスとして陰極と陽極の両方に流すことを提案した。
【００１１】
発明者は、このことから、水素化されていないかほとんど水素化されていない水蒸気のそのような流れが、特に生成水素を回収するために管路によって陽極の下に連絡管を貫通させる際に、高度なシール対策を妨げるという結論に達した。実際には、ここで漏れが起こると、非水素化水蒸気が挟まれ、言ってみれば、水クッション又は換言するとガスバッファが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許出願ＦＲ１０  ５１７８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ＨＴＥ電気分解装置内の陰極と陽極内の両方に水蒸気を排出ガスとして流すことによって作成されるこのバッファ領域の最適化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、陰極、陽極、及び陰極と陽極間に挟まれた電解質からそれぞれ構成された基本電気分解セルのスタックを含む水の高温電気分解用反応器であり、少なくとも１つの相互接続板が、２つの隣接基本セルとの間に、２つの基本セルの一方の電極と２つの基本セルの他方の電極と電気的に接触して位置決めされ、相互接続板は、陰極と陽極内にそれぞれガスが流れるようにする少なくとも１つの陰極区分と少なくとも１つの陽極区分を画定し、
陰極入口端と呼ばれる陰極区分の端の一方が、水蒸気を送出することができる供給路に接続され、陽極入口端と呼ばれる陽極区分の端の一方が、水蒸気を送出することができる供給路に接続され、
陰極出口端と呼ばれる陰極区分の端の他方が、セルと相互接続板のスタック内を通る水素収集管路の一部分に出て、陽極出口端と呼ばれる陽極区分の端の他方が、セルと相互接続板のスタックによって作成された酸素収集管路部分に出る。
【００１５】
本発明によれば、各陰極入口端は、酸素収集及び／又は水素収集管路部分の近くに配置され、各陽極入口端は、水素収集及び／又は酸素収集管路部分の近くに配置される。
【００１６】
ここで、「端」の概念が、広い意味の流体であり、厳密な幾何学的意味でないことを理解されるべきであることが規定される。したがって、入口端は、水蒸気との電気分解反応が起こる流体領域（陰極入口端）、又は生成された酸素が水蒸気によって排出される流体領域（陽極入口端）であると定義されてもよく、同様に、出口端は、電気分解反応がもう起こらない流体領域（陰極出口端）、又は酸素がもう生成されない流体領域（陽極出口端）であると定義されてもよい。電気分解装置の角部に入口端を位置決めすることが、特別な事例を構成し、この定義の範囲内であることは自明である。
【００１７】
最後に、表現「近い」は、本発明の文脈では、陰極区分又は陽極区分の入口端が、酸素又は水素をそれぞれ収集する管路の一部分の周囲から離れて位置決めされ、その結果、水蒸気が、ＨＴＥ電気分解装置の供給路とほとんど同じ流量で、かつ受ける還元反応の前又は開始時に、バッファ体積を作成することを意味するように理解されたい。
【００１８】
したがって、本発明は、生成された酸素と水素が収集され流れる電気分解装置の一部分の周囲にバッファ体積を作成するために、まだ還元されていない水蒸気、即ち、電気分解によって生成された酸素と水素をほとんど又は全く含まない水蒸気を使用することにある。したがって、まだ還元されていない水蒸気は、電気分解によって作成された水素と酸素間の分離バッファとして、陰極区分又は陽極区分への注入点のできるだけ近くでうまく使用される。
【００１９】
したがって、換言すると、発明者は、ＨＴＥ電気分解装置及びその効率の最適化が、更に、区分（陰極又は陽極）の入口を同じ区分及び／又は別の反対側の区分の出口のできるだけ近くにバッファ領域（前述の特許文献１に言及されたような）を作成することにあると考えた。
【００２０】
実際には、水電気分解反応では、陰極に導入された水蒸気を直ちに水素に変換することができ、したがって、酸素出口のシールを作成する（生成された酸素の収集する）ために使用されるとき、導入点のできるだけ近くで行うことが有利である。
【００２１】
また、最新技術で一般に受け入れられる２つのガス領域間のシールを作成する解決策が、２つの領域を互いに分離することにあるので、本発明によるこの解決策は決して明らかではなかった。
【００２２】
当業者が、本発明によるバッファ領域内に存在する水蒸気を常に再生し、またこの水蒸気が純粋のままで、即ち反応ガス（生成されたＯ2又はＨ2）でまだ満たされないようにするように、水蒸気の十分な流れを確立し維持することに留意することは自明である。
【００２３】
本発明の文脈で想定された水蒸気に関しては、前述の特許文献１に記載され請求されたように、陰極と陽極の入口で同一組成のものであり、最大１％の水素を含むことができる。また、陰極入口の水蒸気が陽極入口の蒸気と異なると想定することもでき、その場合、陰極の入口に５％又は１０％のＨ2を含む水蒸気と、陽極の入口に最大１％のＨ2を含む水蒸気を有することができる。いずれにしても、バッファ領域から収集管路に流れる水蒸気の流れは、わずかなままであるように注意が払われる。
【００２４】
第１の実施形態によれば、反応器は、水蒸気が流れることできる少なくとも１つの管路を含み、前記管路は、相互接続板内に形成され、前記管路の第１端は、水蒸気を送出することができる供給路に接続され、第２端が、各陰極又は陽極入口端に近い領域で出す水蒸気を、セルと相互接続板のスタック内に作成される酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方に移送し、この領域が、陰極又は陽極入口端に到達する前に酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方の周囲に前記水蒸気のバッファ体積を作成するように設計される。
【００２５】
この実施形態によれば、少なくとも１つのリブが、酸素及び水素収集管路部分の一方又は他方の周囲に位置決めされると有利であり、このリブは、管路の第２端の出口の水蒸気を陰極又は陽極入口端の方に押し戻すことにより誘導することができる。リブは、実際には、固有性能があまりない場合でも、収集管路部分内の水蒸気の流れを実質的に減らすことができる単純設計の金属シールでよい。
【００２６】
また、この実施形態によれば、酸素及び水素収集管路部分の一方又は他方の周囲のリブと反対側に位置決めされた複数の追加のリブがあると有利であり、２つの隣接する追加のリブの間の空間が、陰極又は陽極入口端を画定し、押し戻される水蒸気の速度を高めることができる。
【００２７】
別の実施形態によれば、反応器の周囲の水蒸気を受け取るために反応器の周囲で、かつセルと相互接続板のスタック内に作成された酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方の近くに位置決めされた各陰極及び／又は陰極入口端を有するように作成されてもよく、陰極又は陽極入口端と酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方との間に画定された領域が、周辺又は酸素及び水素収集管路部分の一方又は他方に前記水蒸気のバッファ体積を作成するように設計されるように選択されてもよい。
【００２８】
この実施形態によれば、少なくとも１つのリブが、酸素及び水素収集管路部分の一方及び／又は他方の周辺に位置決めされてもよく、リブは、前記収集管路部分のまわりに水蒸気を誘導することができる。
【００２９】
実際に、リブは、固有性能があまりない場合でも、収集管路部分内の水蒸気の流れを実質的に減らすことを可能にする単純設計の金属シールであってもよい。
【００３０】
本発明による水の高温電気分解の反応器は、４５０℃より高く、典型的には７００℃〜１０００℃の温度で動作するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
他の利点及び特徴は、以下の図面を参照して行われる詳細な説明を読むことによってより明らかに理解されるであろう。
【００３２】
【図１】本発明による高温電気分解の反応器の一実施形態の側面図である。
【図１Ａ】電気分解の通常動作中の図１の反応器の面Ａ−Ａの断面図である。
【図１Ｂ】同様に通常動作中の図１の反応器の面Ｂ−Ｂの断面図である。
【図２】陰極入口端と酸素収集器の一部分に近い図１〜図１Ｂによる反応器の詳細な斜視図である。
【図２Ａ】図２の詳細図であって、陰極区分の面８Ａの図である。
【図２Ｂ】図２の詳細図であって、陽極区分の面８Ｂの図である。
【図３】陽極入口端と水素収集器の一部分に近い図１〜図１Ｂによる反応器の詳細な斜視図である。
【図３Ａ】図３の詳細図であって、陽極区分の面８Ｂの図である。
【図３Ｂ】図３の詳細図であって、陰極区分の面８Ａの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明では、水素を生成する高温水電気分解装置の一種の構造について述べる。本発明が他の構造に適用できることは明らかである。提示された電気分解装置が動作する高い温度は、４５０℃より高く、典型的には７００℃〜１０００℃である。
【００３４】
用語「上流」と「下流」は、陰極で生成された水蒸気と水素の流れの方向に対して使用されることが規定される。
【００３５】
様々な要素の表示が一律の倍率でないことが規定される。
【００３６】
図１では、複数の積み重ねた基本セルＣ１、Ｃ２などを含む、本発明によるＨＴＥ電気分解装置が示される。
【００３７】
各基本セルは、陰極と陽極の間に配置された電解質を含む。
【００３８】
説明の残りの部分では、セルＣ１及びＣ２とそれらの境界面について詳細に述べる。
【００３９】
セルＣ１は、陰極２．１と陽極４．１とを有し、これらの間には電解質６．１（例えば、固体電解質）が配置され、電解質６．１は、一般に「電解質支援」セルと呼ばれるセルの事例では厚さ１００μｍであり、「陰極支援」セルと呼ばれるセルの事例では厚さ数μｍである。
【００４０】
セルＣ２は、電解質６．２が間に配置された陰極２．２と陽極４．２とを含む。
【００４１】
陰極２．１、２．２と、陽極４．１、４．２とは、多孔質材料で作成され、例えば、「電解質支援」セルの事例では厚さ４０μｍ、「陰極支援」セルの事例ではそれぞれ厚さ約５００μｍと４０μｍである。
【００４２】
セルＣ１の陽極４．１は、相互接続板８によってセルＣ２の陰極２．２に電気的に接続され、相互接続板８は、陽極４．１及び陰極２．２に接触する。更に、相互接続板８は、陽極４．１と陰極２．２とに電力を供給することができる。
【００４３】
２つの基本セルＣ１、Ｃ２の間には相互接続板８が挟まれる。
【００４４】
示された例では、相互接続板８は、基本セルの陽極と隣接セルの陰極との間に挟まれている。しかし、２つの陽極又は２つの陰極の間に挟まれてもよい。
【００４５】
相互接続板８は、隣接陽極及び隣接陰極と共に、流体が流れるチャネルを画定する。より具体的には、相互接続板８、隣接陽極及び隣接陰極は、陽極４内のガスの流れに専用化された陽極区分９と、陰極２内のガスの流れに専用化された陰極区分１１を画定する。
【００４６】
示された例では、陽極区分９は、壁９．１１によって陰極区分１１から分離される。示された例では、相互接続板８は、また、陽極区分９と陰極区分１１を壁９．１１によって画定する少なくとも１本の管路１０を含む。
【００４７】
示された例では、相互接続板は、複数の管路１０、複数の陽極区分９及び陰極区分１１を含む。有利には、管路１０と区分は、六角形ハニカム断面を有し、それにより、区分９、１１及び管路１０の密度を高めることができる。
【００４８】
図１Ａに示されたように、それぞれの陰極２．１、２．２と陽極４．１、４．２に排出ガスとして非水素化水蒸気が流される。陽極と陰極内の非水素化水蒸気のこの流れによって、効率の低下及び／又はそれにより生じる電気分解装置の全て又は一部分の破損を引き起こす可能性の高い漏れの危険を低減することができる。
【００４９】
したがって、図１Ａの矢印１２及び１３は、陽極区分９と陰極区分１１内の非水素化水蒸気の等圧の同時経路を明白に表す。
【００５０】
この事例で象徴的に表わされた流れは、セルＣ１の陽極区分９と隣接セルＣ２の陰極区分１１との間で逆方向（反対方向の矢印１２及び１３）に生じる。
【００５１】
図１Ｂに示されたように、電気分解装置の構造は、また、管路１０の第１端１０．１を別の管路を介して非水素化水蒸気の供給源に接続し、管路１０の第２端１０．２を陰極区分１１に接続することを可能にする。したがって、矢印１４は、非水素化水蒸気が、管路１０内の流れ（矢印１６）から陰極区分１１の方に戻る流れを示す。
【００５２】
本発明によれば、各陰極入口端１１．１は、セルＣ１、Ｃ２、．．．Ｃｎと相互接続板８とのスタック内に作成された酸素収集管路部分１７の近くに配置され、各陽極入口端９．１は、セルＣ１、Ｃ２、．．．Ｃｎと相互接続板８とのスタック内に作成された水素収集管路部分１８の近くに配置される。
【００５３】
したがって、本発明によれば、図２〜図２Ａに示されたように、相互接続板８の面８Ａは、相互接続板８の２つのリブ８０と８１との間の領域に出る各管路１０の端１０．２を有する。
【００５４】
２つの隣接リブ８０の間の空間は、陰極区分１１の入口端１１．１を画定する。一方、リブ８１は、陽極９で作成された酸素を収集する管路の部分１７を画定する。図示されたように、管路１０は、規則的に配置され、管路１０の端１０．２は、管路の２つの端１０．２の間に個々に挿入された端１１．１のように、所定の角度により互いに離間される。
【００５５】
図２Ｂに示されたように、相互接続板８の他方の面８Ｂ（即ち、８Ａと反対側の面）もリブ８２及び８３を含む。
【００５６】
２つのリブ８２間の隙間は、陽極区分９の出口端９．２を画定する。
【００５７】
一方、リブ８３は、陽極９で生成された酸素を収集する管路の部分１７を画定する。
【００５８】
最後に、この面８Ｂは、陽極９で生成された酸素を収集する管路１７０を含む。図示されたように、管路１７０は、規則的に配置され、それらの端は、陽極端９．２のように、所定の角度だけ互いに離間されている。トンネルの形で示された管路１７０は、リブ８１と８３との間の電気分解セルＣの把握力の伝達を改善することができる。また本発明によれば、図３と図３Ａに表わされたように、相互接続板８の面８Ｂは、その周囲に、２つのリブ８４及び８５によって画定された領域を含む。これらの２つのリブ８４と８５の間の空間は、陽極区分９の入口端９．１を画定する。一方、別のリブ８６は、陰極１１で生成された水素を収集する管路１８の一部分の周囲を画定する。
【００５９】
図３Ｂに示されたように、相互接続板８の他の面８Ａは、その周囲にリブ８７を有する。他の２つのリブ８８及び８９が、陰極区分１１の出口端１１．２と、陰極１１で生成された水素を収集する管路の部分１８の周囲を画定する。
【００６０】
示された例では、相互接続板８は、詳細には酸素収集管路部分１７のまわりで溶接ビード１９によって互いに溶接された２つの皿状金属板を組み立てることによって作成される。したがって、リブ８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８及び８９は、押型された断面リブである。
【００６１】
図３〜図３Ｂの実施形態では、酸素収集管路部分の周囲には溶接ビードがない。
【００６２】
ここで、図３〜図３ＢのＨＴＥ電気分解装置の実施形態は、特許文献１に記載され請求されているように、電気分解セルのスタックのまわりに最大１％の水素を含む蒸気を収容できる封止ケーシングを使用する必要があることが規定される。
【００６３】
したがって、前述の電気分解装置の動作は、非水素化水蒸気（予熱される場合がある）が管路１０に入る動作であると要約されてもよい。管路１０に入るとき、非水素化水蒸気は、相互接続板８を裏打ちする陰極１１及び陽極９との熱交換によって加熱される。
【００６４】
最初に、セルＣ１の温度に近い温度まで加熱されたこの非水素化水蒸気は、端１１．１から陰極区分１１に入る（図１Ｂと図２Ａの矢印１４）。
【００６５】
より正確には、図２Ａを参照すると、まだ還元されておらず水素化されてない加熱水蒸気の流れは、管路１０の端１０．２から出て、いわばリブ８１に押し戻されることによって、陰極端１１．１に入る。図２Ａに象徴的に表わされた湾曲された幅広い矢印から分かるように、本発明によれば、まだ還元されていない非水素化水蒸気の流れのこの押し戻しによって、リブ８１の周囲全体のまわり、即ち酸素収集管路１７の周囲全体のまわりにガスバッファ体積が作成される。このバッファ体積は、設計では、管路１７に収集された酸素より僅かに高い温度である。したがって、リブ８１の機能は、管路１０の第２端１０．２の出口にある水蒸気を陰極入口端１１．１又は陽極入口端９．１の方に排出する誘導を可能にすることである。リブ８１の反対側に位置決めされた２つの隣り合った追加のリブ８０の間の距離は、陰極入口端１１．１を画定し、これにより、押し戻された水蒸気が前記端を通過するときの速度を高めることができる。それにより、本発明によるバッファ領域の性能が改善される。実際には、言うなれば、押し戻された水蒸気をより速い速度で通路１１．１に送り込むことによって、生成されたガス（Ｈ2又はＯ2）の逆拡散現象の発生が防止される。換言すると、生成ガスがバッファ領域から収集管路部分に逆方向に戻る危険が低下する。あるいは、更に別の言い方をすると、図２〜図２Ｂの実施形態で設計された部分１１．１を狭くすることにより、陰極区分又は陽極区分の入口での水蒸気の速度を高めて、前述の逆拡散を防ぐことができる。陰極区分１１に入った非水素化水蒸気は、陰極２と接触するときに還元される。次に、以下の反応により水素が生成される。
【００６６】
２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2＋Ｏ2
【００６７】
陰極区分１１の全長に沿った還元により生成された水素は、専用収集管路１８に収集される。より正確には、図３Ｂに示されたように、矢印１２にしたがって流れる生成水素は、面８Ａの周辺の領域でリブ８８と８９の間の陰極出口端１１．２まで達して、収集管路１８に入る。
【００６８】
更に同時に、まだ酸素を含んでいない非水素化水蒸気は、相互接続板８の周囲を通り、リブ８４、８５によって画定された端９．１を通って、陽極区分９に入る（図３Ａの矢印１５）。より正確には、酸素を含まない非水素化水蒸気のこの流れは、リブ８６のまわりに分散され、したがって水素収集器１８の一部分のまわりに分散される。図３Ａに象徴的に表わされた幅広い矢印から分かるように、この水蒸気の流れは、本発明によれば、リブ８６の周囲全体、即ち、酸素収集管路１８の周囲全体にガスバッファ体積を作成する。このバッファ体積は、設計により、管路１８内に収集された水素より僅かに高い圧力である。
【００６９】
陽極区分９の長さ全体に沿って陽極９で作成された酸素は、専用収集管路１７に収集される。より正確には、図２Ｂに示されたように、生成された酸素は、矢印１３にしたがって流れ、面８Ｂの領域内で、隣接リブ８２の間の陽極出口端９．２まで達し、管路１７０を通って収集管路１７に入る。
【００７０】
以上述べた本発明は、
水蒸気を付随的に陽極内と陰極内に流すことと、
スタックと相互接続板により作成された水素と酸素それぞれの収集管路部分にできるだけ近い陽極入口端と陰極入口端を作成して、これらの収集部分の周囲すべてに少し高い圧力の水蒸気のバッファ体積を作成することと、を同時に成り立たせる。バッファ体積を作成することによって、まだ還元されておらずかつまだ酸素を含んでいない非水素化水蒸気からなる漏れ流量が作成される。（非水素化水蒸気と収集酸素又は収集水素との間での）混合又は拡散によって反応から得られた痕跡があってもよいが、バッファ体積の位置を慎重に決められるので、これらの痕跡はいかなる場合でもきわめて薄くされる。
【００７１】
本発明による最大１％の水素を含む水蒸気の注入によって酸素及び水素収集器部分の近くに作成されたバッファ体積は、以下の利点を有する。
・  製造が単純である。
・  複雑な設計のシールの使用及び／又は制御しなければならない強い機械的締付けを回避できる。
・  追加のシールを使用した場合に、安全性の改善が保証される。
【００７２】
特許文献１に記載されて請求されているように、ＨＴＥ電気分解装置の周囲及び収集器１８の一部分の近くから注入された最大１％の水素を含む水蒸気（図３Ａを参照）は、前記水蒸気が閉じ込められたシール筐体から由来する。
【００７３】
詳細に述べられていないが、１つ又は複数の材料層を、セルの３つの各構成要素（陽極、陰極、電解質）と連絡管又は相互接続板とに付着させることができることは自明である。
【００７４】
しかしながら本発明の範囲を超えない他の改良を行うことができる。
【００７５】
したがって、図示された実施形態では、図２〜図２Ｂに示された実施形態は、陰極区分１１の入口１１．１と酸素収集管路の一部分１７の周囲との間にバッファ体積を作成することを示しているが、図３〜図３Ｂに示された実施形態は、陽極区分９の入口９．１と水素収集管路部分１８の周囲との間にバッファ体積を作成することを示す。
【００７６】
また、逆に言うと、陽極区分１１の入口９．１と水素収集管路の一部分１７の周辺部分との間にバッファ体積を作成できるＨＴＥ電気分解装置構造（即ち、図２〜図２Ｂに示された実施形態）を設計することができ、一方、図３〜図３Ｂに示された実施形態により、陰極区分１１の入口１１．１と酸素収集管路部分１８の周囲との間にバッファ体積を作成することができる。換言すると、管路部分１７及び１８の収集機能が逆にされ、区分９及び１１の機能が逆にされる。これは、特に、ＨＴＥ電気分解装置内で相互接続板８を同じ位置に維持するが、電気分解セルＣ１、Ｃ２、．．．Ｃｎを回転させることによって達成することができ、この場合、陰極２．１、２．２、．．．２．ｎは、板８の反対側の面８Ｂになるように作成され、それに対して、陽極４．１、４．２、．．．４．ｎは、板８の反対側の面８Ａになるように作成される。
【００７７】
また、単一のＨＴＥ電気分解装置内に、図２〜図２Ｂによる２つの実施形態、即ち、陰極区分１１の入口１１．１と酸素収集管路部分１７の周囲との間と、陽極区分９の入口９．１と水素収集管路部分１８の周囲との間に同時にバッファ体積を作成する実施形態を有するように選択されてもよい。
【００７８】
また、単一のＨＴＥ電気分解装置内に、図３〜図３Ｂによる２つの実施形態、即ち、陰極区分１１の入口１１．１と酸素収集管路部分１７の周囲との間と、陽極区分９の入口９．１と水素収集管路部分１８の周囲との間に、同時にバッファ体積を作成する実施形態を有するように選択されてもよい。
【００７９】
また、単一のＨＴＥ電気分解装置内に、図２〜図２Ｂによる実施形態と図３〜図３Ｂによる実施形態を有するように選択されてもよい。
【００８０】
また、単一のＨＴＥ電気分解装置内に、水素収集管路部分１８の近くに位置決めされた各陰極端１１．１と、酸素収集管路部分１７の近くに位置決めされた各陽極端９．１を有するように選択されてもよく、この場合、本発明によるバッファ領域は、入口と所定の生成ガス（Ｈ2又はＯ2）の出口との間に作成される。
【００８１】
更に、示された例において、陽極区分と陰極区分の入口にある水蒸気が非水素化された場合、この水蒸気が、炭化水素を生成するための、窒素および／またはＣＯ2などの実際の電気分解反応に関与しないガスも含むことができることは自明である。
【００８２】
最後に、水の電気分解への応用に関してのみ述べてきたが、入口ガスが出口ガス（反応ガス）に対して中性かつ無害と考えられる場合、また出口ガスのうちの１つに入口ガスが最小限しか存在せず収集を妨げない場合は、本発明を他の電気触媒反応器に適用できることは自明である。
【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２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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