(57)【要約】本発明は、電解装置に関し、より詳細には、水系電解質の電気分解によって水素と酸素とを生成する技術の各種部分に用いることができる電解槽に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体容器の中に位置し、前記誘電体容器の下部でパイプを介して相互接続される陽極及び陰極を備え、螺旋形状の前記陰極が電気的に絶縁された銅線から作製され、前記電気的な絶縁が局所的断絶部を有し、前記陽極が平坦であり、前記陰極容器及び陽極容器が組み込みガス圧力調整弁を備えたカバーを有し、前記容器の上部がガス排出装置に接続され、前記陰極容器及び陽極容器が電解質の追加を可能にする、プラズマ電解槽。
【請求項２】
前記陰極電気絶縁体が、２０〜６０ｍｍ離間された幅４〜６ｍｍのストリップを有する階段状のパターンを形成するように除去される、請求項１に記載のプラズマ電解槽。
【請求項３】
前記陰極が前記陰極容器に好ましくは最大限に充填される、請求項１に記載のプラズマ電解槽。
【請求項４】
前記電解槽が、前記陰極容器及び前記陽極容器の下部により多くの電解質を追加可能にする、請求項１に記載のプラズマ電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解装置に関し、より詳細には、水系電解質の電気分解によって水素と酸素とを生成する技術の各種部分に用いることができる電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の装置（ロシア連邦特許第２１４９９２１号）は、陽極を形成する積層体の形状をとり、それぞれが平坦なプレートからなる複数の電極である陽極電極と、陰極を形成する積層体の形状をとり、それぞれが平坦なプレートからなる複数の電極である陰極電極とを備え、陽極電極が陰極電極と交互に配置されている、水の電気分解用の電解槽である。さらに、電解槽は、交互配置の陽極を通り、各陽極電極のみとの電気接続のために提供される、少なくとも１つの第１の導電性接続要素と、交互配置の陰極を通り、各陰極電極のみとの電気接続のために提供される、少なくとも１つの第２の導電性接続要素とを備える。
【特許文献１】ロシア連邦特許第２１４９９２１号
【０００３】
溶接に用いられる水素ガス及び酸素ガスを生成するための公知の電解槽の欠点としては、その複雑な設計と低い効率が挙げられる。
【０００４】
公知の装置（ロシア連邦特許第２２２８３９０号）は、火力、水素、及び酸素を生成する装置であって、誘電体材料から作製されるケースと、カバーと、陽極キャビティ及び陰極キャビティと、陽極キャビティに位置する開口部を有し電源の正極に接続される平坦なリング状の陽極と、外ねじにより誘電体管の中に挿入され電源の負極に接続される耐火材料のロッドの形態の陰極と、陽極キャビティの中央部に位置する作動溶液供給ポートとを備え、カバーが、誘電体材料から作製され、ケースと共同して陽極キャビティ及び陰極キャビティを形成する貫通開口部を備えた円錐台形部（ｃｙｌｉｎｄｅｒ−ｃｏｎｉｃ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）を有し、誘電体管が、ケースのねじ付き開口部を通って及び上部陰極キャビティを形成するカバーの貫通開口部を中心として、その外ねじによって電極間のチャンバの中に挿入され、陽極キャビティが、カバーに位置する垂直区域及び水平区域からなるチャネルを介して上部陰極キャビティと相互接続され、さらに、誘電体管を動かすことで上部陰極キャビティと下部陰極キャビティとの間のギャップが調節可能に設定される装置であり、カバーの側部に位置する作動溶液排水ポートと、上部陰極キャビティと同軸にカバーの上部に位置するガス混合出力ポートとをさらに備え、陰極及び陽極が、パルス発生器と制御回路からなる電源装置に接続される、装置である。
【特許文献２】ロシア連邦特許第２２２８３９０号
【０００５】
公知の装置の欠点としては、その複雑な設計と低い効率とが挙げられる。
【０００６】
本明細書で提供される技術的解決策の最も近い対応物は、火力、水素、及び酸素を生成する装置であって、誘電体材料から作製されるケースを備え、貫通開口部、電極間のチャンバ、作動溶液供給ポート及び排水ポート、電源の正極に接続される陽極、及び電源の負極に接続される陰極を有する装置である（ロシア連邦特許第２１７５０２７号）。軸方向開口部を備えたケースは、下部円錐台形部と、下部区域で相互接続される陽極キャビティ及び陰極キャビティからなる電極間のチャンバをケースと共同して形成する下部カバーとを備える。開口部を備えた平坦なリング状の陽極は、陽極キャビティに位置する。陰極は、ねじ付き誘電体管の中に挿入される耐火材料のロッドの形態である。誘電体管は、下部カバーのねじ付き開口部を介して電極間のチャンバの中に挿入され、装置の軸線に沿って垂直方向に動かすことができる。陰極キャビティの中の自動溶液レベル制御システムを備えた作動溶液容器は、陽極キャビティと接続される。装置はまた、蒸気の凝縮及び水素の分離のための冷却チャンバを備え、そのキャビティは、陽極キャビティの作動溶液供給ポートと相互接続される。冷却チャンバの蒸気／ガス混合物供給ポートは、そのねじによってケース開口部の中に挿入され、酸素出力ポートは、陽極キャビティの上部の中に挿入される。
【特許文献３】ロシア連邦特許第２１７５０２７号
【０００７】
公知の装置は、以下のように作動する。
【０００８】
作動溶液が、容器の中に注がれ、容器からバッチング装置及びフロートチャンバを経由して陽極キャビティと陰極キャビティとに流れる。反応器の中の必要な溶液レベルに達した後で、フロートチャンバのフロートがバッチング装置の取入開口部を閉じる。次いで、電力が供給され、陰極域で安定したプラズマが発生するまで電圧が徐々に高められる。陰極で生じた蒸気／ガス混合物が冷却器に供給される。冷却器パイプの低温の表面に曝された蒸気が凝縮し、放出されたガスがリフレクタの下から出力ポートに出る。蒸気凝縮物は、管及び取入ポートを介して陽極キャビティに供給される。陽極で放出される酸素は、陽極キャビティの上部に供給され、ポートを介して除去される。反応器の中の溶液レベルが自動的に制御されるので、この水素及び酸素生成装置は同様に自動的に作動する。作動溶液が消費されるので、これは受入容器の中に再充填される。
【０００９】
反応器の中で起こる物理化学プロセスの性質は、陰極領域が陽極領域よりもかなり小さい場合の陰極と陽極との間の電界が、電解質中に存在するアルカリ金属の最初に陰極にイオン流を集中させる。陰極に向けた移動中に蓄積される運動エネルギーの保存により、アルカリ金属イオンが水分子から水素原子を押す。陰極に到着すると、陽子は、電子を得て水素原子を形成し、フォトンを生じ、これは５０００〜１０，０００℃で原子状水素プラズマを形成する。このプラズマのエネルギーが、水の水素及び酸素への熱解離と、加熱された溶液、蒸発した水、及び収集されたガスのエネルギーの増加によって容易に示される付加的なエネルギーの放出を推進する。電気分解による水素の放出は陽極で同時に発生する。したがって、陰極での水素プラズマは、水溶液に伝達される熱エネルギー源となるのと同時に、原子状及び分子状の水素及び酸素の源となる。
【００１０】
公知の技術的解決策の欠点は、陰極が、その耐用年数を劇的に減らすプラズマ域内に恒久的にあることである。さらに、装置は非常に複雑な設計を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、水を水素と酸素とに分解するための効率的な電解槽を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本明細書で提供される設計を有するプラズマ電解槽を用いることで目的を達成することが提案される。プラズマ電解槽は、誘電体容器の中に位置し、誘電体容器の下部でパイプを介して相互接続される、陽極及び陰極を備える。螺旋形状の陰極は、電気的に絶縁された銅線から作製され、電気絶縁体は局所的断絶部（ｌｏｃａｌ  ｂｒｅａｋｓ）を有し、陽極は平坦であり、陰極容器及び陽極容器は組み込みガス圧力調整弁を備えたカバーを有し、容器の上部はガス排出装置に接続され、陰極容器及び陽極容器は電解質の追加を可能にする。本発明のいくつかの実施形態では、陰極電気絶縁体は、２０〜６０ｍｍ離間された幅４〜６ｍｍのストリップを有する階段状のパターンを形成するように除去される。しかしながら、陰極表面からの絶縁体除去の他の選択肢が存在する。陰極は、好ましくは陰極容器に充填される。本発明のいくつかの実施形態では、電解槽は、陰極容器及び陽極容器の下部により多くの電解質を追加可能にする。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で提供される装置の作動原理は、最も近い対応物として用いられる技術的解決策の作動原理と同じである。本明細書で提供される技術的解決策は、プラズマ電気分解及びガスの同時分離による水系電解質からの水素と酸素との生成を可能にする。プラズマ電気分解は、電解質から絶縁されないその作動域のうちのいくらかだけを溶液に暴露する陰極を用いることによって達成される。これは、高温プラズマの単一の集中領域をなくし、陰極のより大きい領域にわたって熱負荷を分散させることができるようにする。
【００１４】
これは、陰極上の熱負荷を劇的に低減し、その耐用年数を著しく増加させる。異なる陰極領域でのパルスプラズマ形成は、電流パルスを生じ、その平均的な大きさは、水の電気分解のために直流電圧及び電流が用いられるときに達する大きさよりもかなり小さい。これは、電気分解の電力消費を著しく削減する。
【００１５】
さらに、陰極と陽極とを、その溶液が小直径パイプを介して容器の下部でのみ相互接続される異なる容器に入れることで、水素と酸素とを別個に生成させることができる。
【００１６】
陰極容器の中に位置する陰極は、好ましくは螺旋形状の、ラッカーで絶縁された銅線から作製される。陰極上の均一な熱負荷分布は、好ましくは３〜５ｃｍ離間された長さ５ｍｍ未満の区間を形成するように陰極絶縁体を所々除去することによって達成される。
【００１７】
陽極は、陽極容器の中に位置し、プレート状の形状を有する。
【００１８】
陰極で放出された水素は、陰極容器の中の圧力を調整する弁を通って陰極容器から出て行き、酸素は、陽極容器の上部カバーの中の弁及びポートを通って出る。
【００１９】
プラズマ電解槽の基本的な実施形態は以下のように設計される。プラズマ電解槽は、誘電体パイプにより下部で相互接続される、一方は陰極でありもう一方１つは陽極である２つの誘電体容器を備える。陰極容器と陽極容器は、パイプを介して共通の容器に接続され、該パイプを通ってそれらに電解質が再充填される。
【００２０】
陰極は、ラッカーで絶縁された銅から作製され、そこから、絶縁体が、３〜５ｃｍ離間された長さ  ｍｍまでの区間を形成するように除去される。陰極は螺旋形状を有する。陽極は、プレート状の形状を有し、導電性金属から作製される。陰極容器及び陽極容器はカバーを有し、該カバーの中に、陰極容器及び陽極容器の中の圧力を調整する弁が設置される。
【００２１】
水素は、水素を一般的な乾燥機に案内する弁及びパイプを通って陰極容器を出る。酸素は、酸素を一般的な乾燥機に案内する弁及びパイプを通って陽極容器を出る。
【００２２】
容器４及び容器に電解質が充填された後で、パワーがクランプに供給され、電解質が加熱され始める。ガス放出速度が徐々に上昇し、溶液の温度が限界閾値に達すると、絶縁されていない陰極表面ストリップでプラズマパルスが発生し、ガス放出速度が劇的に数十倍（ｂｙ  ｄｅｃａｄｅｓ  ｏｆ  ｔｉｍｅｓ）増加して０．３〜０．５リットル／秒に達する。陰極容器及び陽極容器の適正に調整された弁により、個々の容器内の溶液を必要なレベルに維持される。電流振幅は、この期間中不規則に変化するが、その平均値は比較的低いままであり、電気が節約される。結果として陰極寿命が数十倍（ｂｙ  ｄｅｃａｄｅｓ  ｏｆ  ｔｉｍｅｓ）増加する。
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月16日(2014.1.16)
【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】
誘電体容器の中に位置し、前記誘電体容器の下部でパイプを介して相互接続される陽極及び陰極を備え、螺旋形状の前記陰極が電気的に絶縁された銅線から作製され、前記電気的な絶縁が局所的断絶部を有し、前記陽極が平坦であり、前記陰極容器及び陽極容器が組み込みガス圧力調整弁を備えたカバーを有し、前記容器の上部がガス排出装置に接続され、前記陰極容器及び陽極容器が電解質の追加を可能にする、プラズマ電解槽。
【請求項２】
前記陰極電気絶縁体が、２０〜６０ｍｍ離間された幅４〜６ｍｍのストリップを有する階段状のパターンを形成するように除去される、請求項１に記載のプラズマ電解槽。
【請求項３】
前記陰極が前記陰極容器に最大限に充填される、請求項１に記載のプラズマ電解槽。
【請求項４】
前記電解槽が、前記陰極容器及び前記陽極容器の下部により多くの電解質を追加可能にする、請求項１に記載のプラズマ電解槽。
【国際調査報告】
2014518333.tif 000002