(57)【要約】本発明は、熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスに関する。該デバイスは、気密チャンバおよび少なくとも１個の電気化学セルから構成され、該電気化学セルは、該気密チャンバに配列されており、アノードおよびカソードからなり、前者と後者の間には、電解質が配置されており、その末端リード線は、外向きに案内されている。該気密チャンバおよび該電気化学セルは、気体または気体混合物を含有し、そこには、熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態でエネルギーが供給され得、ここで、該気体または気体混合物は、分子成分および解離部分を含有し、その割合は、その温度に依存しており、該アノードと該カソードとの間で電位差を生じる。
2004524655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）を電気エネルギーに変換するデバイスであって、該デバイスは、気密チャンバ（１０）および少なくとも１個の電気化学セル（１２）を含み、該電気化学セルは、該気密チャンバ（１０）に位置しており、アノード（１４）およびカソード（１６）を含み、その間には、電解質（１８）が位置しており、そこには、結線（２０）が連結されており、ここで、該気密チャンバ（１０）および該電気化学セル（１２）は、気体または気体混合物を含有し、そこには、エネルギーが熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態で供給され得、該気体または気体混合物は、分子成分および解離成分を含有し、その比は、その温度の関数であり、該アノード（１４）と該カソード（１６）との間で電位差を生じる、
デバイス。
【請求項２】
前記気密チャンバ（１０）が、ハロゲン化水素（ＨＸ）、好ましくは、臭化水素（ＨＢｒ）またはヨウ化水素（ＨＩ）を含有し、該ハロゲン化水素が、熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態でエネルギーを供給された場合に、水素（Ｈ２）とハロゲン（Ｘ２）とに分解する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記カソード（１６）が、ハロゲン（Ｘ２）をイオン的に結合する材料を含み、該ハロゲンをその結晶格子に挿入し、そして前記アノード（１４）が、水素（Ｈ２、Ｈ）を吸着し吸収する材料を含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記水素（Ｈ２）が、解離性吸着によって、前記アノード（１４）の表面で開裂され得る、請求項２または３に記載のデバイス。
【請求項５】
触媒が供給され、該触媒が、得られる原子水素（Ｈ）の水素分子（Ｈ２）への再形成を阻止する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記カソード（１６）および前記アノード（１４）が、薄膜として設計される、請求項１〜５の１項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記カソード（１６）が、グラファイトを含有する、請求項１〜６の１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記アノード（１４）が、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）を含有する、請求項１〜７の１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記アノード（１４）および前記カソード（１６）が、大きい表面を有する、請求項１〜８の１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記気密チャンバ（１０）の内側に延びている前記結線（２０）が、ハロゲン耐性の電導体、特に、グラファイトを含む、請求項１〜９の１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記気密チャンバ（１０）が、ハロゲン耐性容器である、請求項１〜１０の１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記容器が、放射線透過性で断熱性のフード（２２）および熱透過性フロア（２４）を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記フード（２２）が、ガラスから作製され、そして前記フロア（２４）が、ガラスセラミックから作製されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記電気化学セル（１２）が、フィルム（２６）で取り囲まれ、特に、テフロン（登録商標）から作製され、気体透過性であり、ハロゲン耐性であり、撥水性であり、そして非導電性である、請求項１〜１３の１項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記フィルム（２６）のうち前記電解質（１８）の上に位置している部分（２８）が、ハロゲン化水素（ＨＸ）に対して透過性である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記電解質（１８）が、水（Ｈ２Ｏ）に溶解されたハロゲニド、特に、アルミニウムハロゲニド（ＡｌＢｒ３）を含む、請求項１〜１５の１項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記電解質（１８）が、ハロゲン化水素（ＨＸ）および水（Ｈ２Ｏ）の共沸混合物から作製されている、請求項１〜１６の１項に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記電解質（１８）が、ハロゲン耐性材料、特に、炭化ケイ素ディスクの細孔に位置している、請求項１〜１７の１項に記載のデバイス。
【請求項１９】
熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、該方法は、以下の工程を包含する：
ａ）熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態でエネルギーを供給することにより、気密チャンバ（１０）に含有されたハロゲン化水素（ＨＸ）が、水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）に可逆的に開裂される、工程；
ｂ）該ハロゲン（Ｘ２）は、該気密チャンバ（１０）に位置している電気化学セル（１２）のカソード（１６）に挿入され、そして電流を流した場合に、１原子あたり１個の電子を受容する、工程（Ｘ２＋２ｅ−→２Ｘ−、カソード還元）；
ｃ）ハロゲンイオン（Ｘ−）は、１負電荷を運び、該カソード（１６）から、該カソードと接触している該電解質（１８）に入る、工程；
ｄ）該水素分子（Ｈ２）は、該アノード（１４）により吸着され、解離され、そして吸収され、そして電流を流した場合に、１原子あたり１個の電子を捨てる、工程（２Ｈ→２Ｈ＋＋２ｅ−、アノード酸化）；
ｅ）水素イオン（Ｈ＋）が、１正電荷を運び、該アノード（１４）から、該アノードと接触している該電解質（１８）に入る、工程；
ｆ）ハロゲン化水素（ＨＸ）は、該電解質（１８）中にて、直接的または間接的に形成され、次いで、該気密チャンバ（１０）を通る、工程；および
ｇ）電流を流して、工程ａ）〜工程ｆ）を繰り返す工程。
【請求項２０】
水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）が、前記電気化学セル（１２）に連続的に供給され、そしてハロゲン化水素（ＨＸ）が、該電気化学セル（１２）から連続的に除去される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態でのエネルギーが、特定の平衡状態を維持するために、前記気密チャンバ（１０）に連続的に供給される、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
臭化水素（ＨＢｒ）またはヨウ化水素（ＨＩ）が、前記ハロゲン化水素（ＨＸ）として使用される、請求項１９〜２１の１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記電解質（１８）で形成されたハロゲン化水素（ＨＸ）が、該電解質（１８）に溶解せず、該電解質（１８）から前記気密チャンバ（１０）へと入る、請求項１９〜２２の１項に記載の方法。
【請求項２４】
ハロゲン耐性容器が、前記気密チャンバ（１０）として使用され、該容器の壁を介して、熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）が供給される、請求項１９〜２３の１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記容器が、放射線透過性で断熱性のフード（２２）および熱透過性フロア（２４）を含み、放射エネルギー（ｈν）が、主に、該フード（２２）を介して供給され、そして熱エネルギー（Δ）が、主に、該フロア（２４）を介して供給される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記容器の周囲が、熱の蓄積が生じるように設計されている、請求項２４または２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載のように、熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスに関し、また、請求項１９に記載のように、熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーまたは放射エネルギーを電気エネルギーに変換する公知方法には、以下が挙げられる：
発電デバイスまたは緊急発電システムであって、これらは、燃料で作動する燃焼エンジンを使用して運動エネルギーを発生し、次いで、この運動エネルギーは、発電機を使用して、電気エネルギーに変換される；
熱蒸気タービンを操作する発電デバイスであって、これらは、発電機と連結した場合、電気エネルギーを供給する；
太陽電池および半導体光電池であって、これらは、変換可能な放射エネルギーのわずかな部分を電気エネルギーに変換できるにすぎない；
燃料電池であって、ここで、電気エネルギーおよび熱は、燃料を使用して発生される；または
熱電対であって、これは、異なる金属の異なる加熱接点が原因で、電気エネルギーを供給する。
【０００３】
これらの公知方法は、典型的には、効率が低すぎ、その低効率は、大部分、熱損失により、また、機械的に移動される部品、回転している部品（例えば）の使用により引き起こされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高い効率で熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスおよび方法を提供する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスおよび請求項１９に記載の熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換する方法により、達成される。改良点および有利な実施形態は、特定の従属請求項から得られる。
【０００６】
本発明によれば、熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスは、気密チャンバおよび少なくとも１個の電気化学セルを含み、該電気化学セルは、該気密チャンバに位置しており、アノードおよびカソードを含み、その間には、電解質が位置しており、そこには、結線が連結されている。該気密チャンバおよび該電気化学セルは、気体または気体混合物を含有し、そこには、熱および／または放射線の形態でエネルギーが供給され得、該気体または気体混合物は、分子成分および解離成分を含有し、その比は、その温度の関数であり、該アノードと該カソードとの間に電位差を生じる。
【０００７】
この種の構成により、この気密チャンバに位置している電気化学セルは、連続的に電流を供給することが可能となり、ここで、酸化される物質および酸化剤（これらは、熱エネルギーおよび／または放射エネルギーの連続供給により、気密チャンバに含有された気体または気体混合物の解離から得られる）が電気化学セルに連続的に供給され、それらの酸化生成物は、電気化学セルから気密チャンバへと連続的に除去され、この場所で、それらは、再度、開裂され得る気体として、利用できる。
【０００８】
従って、電流を流すと、循環プロセスが生じ、ここで、この系には、熱および／または放射線の形態でのみエネルギーが供給される。
【０００９】
このようなデバイスは、供給される熱エネルギーおよび／または放射エネルギーが化学エネルギーの形態で吸収され、次いで電気化学様式で電気エネルギーへと変換されるので、非常に高い効率を有する。
【００１０】
本発明の有利な実施形態では、この気密チャンバは、ハロゲン化水素（ＨＸ）、好ましくは、臭化水素（ＨＢｒ）またはヨウ化水素（ＨＩ）を含有し、このハロゲン化水素は、熱および／または放射線を供給された場合、水素（Ｈ２）とハロゲン（Ｘ２）とに可逆的に分解する。
【００１１】
従って、水素（Ｈ２）は、酸化される物質を形成し、そしてハロゲン（Ｘ２）は、酸化剤を形成する。両方の反応物は、熱および／または放射線の形態でエネルギーを供給することにより、この気密チャンバに含有されるハロゲン化水素（ＨＸ）の可逆的な開裂から得られる。
【００１２】
次いで、この電気化学セルの２個の電極で起こっている全体としての反応は、Ｈ２＋Ｘ２→２ＨＸであり、これは、アノード反応とカソード反応に分けられる。
【００１３】
このカソードは、好ましくは、電子受容体として、部分的にＸ２−アニオンとして、また、部分的にＸ２分子として、その結晶格子層間にハロゲン分子（Ｘ２）を挿入する物質を含有し、また、このアノードは、水素（Ｈ２）を解離的に吸着しそれにより生じる水素原子（Ｈ）を吸収する物質を含有する。
【００１４】
このようにして、ハロゲン（Ｘ２）は、電流を流すと、このカソードにおいて、１原子あたり１個の電子を受容する（Ｘ２＋２ｅ−→２Ｘ−、カソード還元）。引き続いて、ハロゲンイオン（Ｘ−）は、１負電荷を運ぶが、このカソードから出ていき、電解質（これらは、接触している）へと入る。水素（２Ｈ）は、対照的に、電流を流すと、このアノードにおいて、１原子あたり１個の電子を供与する（２Ｈ→２Ｈ＋＋２ｅ−、アノード酸化）。引き続いて、水素イオン（Ｈ＋）は、１正電荷を運び、このアノードから出て、それと接触している電解質に入る。
【００１５】
最後に、ハロゲン化水素は、この気密チャンバ中に散逸し、この電解質中にて、直接的または間接的に形成される（Ｈ＋＋Ｘ−→ＨＸ）。
【００１６】
このカソードおよびアノードの表面は、この気密チャンバ中の気体と接触しており、異なる様式でのハロゲン化水素の分解過程に関して、触媒効果を有する。
【００１７】
このカソードの触媒効果は、電流を流すと、Ｘ２分子が、Ｘ−イオンとして電解質に放出され、この気体チャンバからの新たなＸ２分子が、このカソードの結晶格子に挿入されることにある。
【００１８】
このハロゲン化水素の分解の程度は、その温度の関数であるので、このハロゲン化水素の新しい成分は、この温度が一定に保たれる場合、分解するはずであり、その結果、この気体チャンバから除去された分子は、置き換えられ得る。この温度が一定に保たれない場合、すなわち、外側からエネルギーが供給されない場合、この気体チャンバから除去できるＸ２分子の量は、少なくなり、従って、供給され得る電気エネルギーもまた、減る。しかしながら、このハロゲン化水素の分解は、触媒作用するカソードを通って電流を流すことにより、任意の温度で活性化され、その再結合は、阻止される。
【００１９】
このアノードの触媒効果は、水素分子（Ｈ２）がアノードの表面で吸着されて部分的に水素原子（Ｈ）に解離することにある。電流の関数として、この水素原子（Ｈ）の一部は、このアノードに吸収され、他の部分は、ハロゲン化水素分子（ＨＸ）のさらなる開裂を引き起こす。このハロゲン化水素の分解は、従って、触媒作用するアノードによっても活性化され、その再結合は、阻止される。
【００２０】
カソードは、好ましくは、グラファイトから作製される。
【００２１】
グラファイトは、良好な導電性を有し、ハロゲン分子（Ｘ２）と反応して、挿入化合物を形成し、ここで、これらの分子は、電気化学様式で、この電解質に到達する。さらに、グラファイトは、ハロゲン分子（Ｘ２）、酸および塩基に対して化学的に耐性であり、高い温度安定性を有し、水に不溶である。それに加えて、グラファイトは、比較的に費用効率が高い。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態では、アノードは、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）から作製される。
【００２３】
酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）は、磁鉄鉱またはハンマースケールとも呼ばれるが、他の酸化物と比較して、良好な導電性を有し、その表面にある水素分子（Ｈ２）の解離的吸着が原因で、電解質への電気化学的な中継のための水素原子（Ｈ）を吸収し、そしてハロゲン分子（Ｘ２）に対する化学的耐性、高温安定性を有し、水に溶解しない。さらに、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）は、比較的に費用効率が高く、また、触媒として作用する。
【００２４】
酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）の代わりに、アノードとして、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）もまた、使用可能である。しかしながら、これらの貴金属は、比較的に高価である。他の金属酸化物（例えば、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯおよびＴｉＯ２）は、触媒作用するアノードに課せられる要件を部分的にしか満たさない。
【００２５】
酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）の比較的良好な導電性は、温度上昇と共に、さらに高くなることもまた、有利である。
【００２６】
それに加えて、このアノードの導電性を向上するために、この電解質と表面（これは、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）から作製され、この気体チャンバに面している）との間には、薄いグラファイト層またはグラファイト導電性格子および／またはグラファイト／Ｆｅ３Ｏ４混合物から作製された層が位置付けられ得る。
【００２７】
この結晶格子構造に関して、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）は、原子（好ましくは、金属）の立方密パッキングと類似しており、これらは、八面体および四面体の間隙を有し、従って、原子水素（Ｈ）を吸収し得、すなわち、それを挿入し得る。酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）は、逆スピネル格子構造を有し、Ｏ２−イオンおよびＦｅ２＋イオンは、八面体の間隙に立方細密充填され、Ｆｅ３＋イオンの半分は、四面体の間隙にあり、他の半分は、八面体の間隙にある。原子水素（Ｈ）は、残りの間隙に挿入され得る。この水素吸収はまた、高温で、この八面体の間隙で起こり得る。
【００２８】
酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４）は、従って、原子形態で水素を吸収する特性を有する。
【００２９】
吸収および／または挿入された水素原子とＦｅ３Ｏ４との反応は、まず、以下の反応式に従って、赤熱温度（約６００℃）で起こるのが有利である：
Ｆｅ３Ｏ４＋８Ｈ→３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ
改良点は、このアノードおよびカソードが広い表面積を有することにある。
【００３０】
この気密チャンバから除去できる分解可能気体（Ｘ２）および（Ｈ２）の量の上昇に加えて、これらの電極表面積を大きくする場合、気密チャンバ内でのハロゲン化水素（ＨＸ）の分解に対する電極の触媒的な影響もまた、大きくなる。
【００３１】
本発明の有利な実施形態では、この気密チャンバの内側に延びている結線は、ハロゲン耐性の電導体、特に、グラファイトを含む。
【００３２】
それに加えて、この気密チャンバは、ハロゲン耐性容器である。
【００３３】
この容器は、好ましくは、放射線透過性で断熱性のフードおよび熱透過性フロアを含む。
【００３４】
このフードの熱伝導性が低いことが原因で、このフロアを通って供給される熱エネルギーおよび／または放射エネルギーから生じる熱は、周囲の環境に再度著しく散逸することはない。本発明のデバイスの効率を高めるために、そのセルの周囲を熱の蓄積が生じる様式で設計することが有利である。
【００３５】
このフードは、好ましくは、ガラスから作製され、そしてフロアは、好ましくは、ガラスセラミックから作製される。
【００３６】
このセルの改良点は、この電気化学セルが、フィルム（好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ（例えば、商品名テフロン（登録商標））（これは、気体透過性であり、ハロゲン耐性であり、撥水性であり、そして電気非導電性である））で取り囲まれていることにある。
【００３７】
このフィルムはまた、電解質が気密チャンバに到達するのを防止する。この電解質の組成に依存して、密封した気体チャンバには、蓄積された（ｖｏｒｈａｎｄｅｎｅｎ）温度の関数として、気体圧力が生じる。電解質が、例えば、臭化水素（ＨＢｒ）および水の共沸混合物から作製されるなら、１２４．３℃で、本発明のデバイスの内側では、１バールの気圧に達する。
【００３８】
テフロン（登録商標）はまた、原子水素（Ｈ）の水素分子（Ｈ２）への再編成を阻止する特性を有する。このようにして、これらの電極でのテフロン（登録商標）とＦｅ３Ｏ４との間の境界領域での原子水素（Ｈ）の吸収が促される。
【００３９】
テフロン（登録商標）の温度安定性は、−２７０℃から＋２６０℃までに達し、テフロン（登録商標）はまた、水に溶解しないことは、有利である。
【００４０】
テフロン（登録商標）は、シリコーンで部分的に置き換えられる。シリコーンもまた、撥水性であり、化学的に耐性であるからである。それに加えて、シリコーンは、テフロン（登録商標）のように、原子水素の水素分子への再編成を阻止する。
【００４１】
さらに、このアノードの表面は、例えば、Ｆｅ３Ｏ４およびテフロン（登録商標）の混合物から作製され得る。
【００４２】
この電解質に位置付けられたテフロン（登録商標）層の一部は、好ましくは、ハロゲン化水素（ＨＸ）に対して透過性である。
【００４３】
このようにして、この電気化学セルは、そこから酸化生成物（ＨＢｒ）が継続的に引き出され、この気密チャンバにだけ逃げ得るので、継続的に電流を発生する。
【００４４】
この電解質としては、水に溶解されたハロゲニド（特に、アルミニウムハロゲニド）が適当である。
【００４５】
アルミニウムハロゲニドは、以下の反応式に従って、水と激しく反応する：
Ａｌ２Ｘ６＋２Ｈ２Ｏ→２Ｘ３Ａｌ−ＯＨ２
例えば、Ｘ＝ＢｒまたはＩである。
【００４６】
水が少ししか存在しない場合、形成される錯体は、まず、ハロゲン化水素の開裂によって安定化し、ハロゲニドＸＡｌ（ＯＨ）２および／またはＡｌＯＸまたはその水酸化物または酸化物が生じる。
【００４７】
Ｘ３Ａｌ−ＯＨ２  →  Ｘ２Ａｌ−ＯＨ  ＋  ＨＸ
このプロセスは、２回繰り返され得る。
【００４８】
Ｘ２Ａｌ−ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＸＡｌ（ＯＨ）２  ＋  ＨＸ
ＸＡｌ（ＯＨ）２  ＋Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ（ＯＨ）３  ＋ＨＸ
および／または
Ｘ２Ａｌ−ＯＨ  →  ＡｌＯＸ  ＋  ＨＸ
ＡｌＯＸ  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ（ＯＨ）３  ＋ＨＸ
対照的に、十分に大過剰の水が存在する場合、共有結合ハロゲナイドは、溶媒和イオンに完全に解離する。
【００４９】
Ａｌ２Ｘ６  ＋＞＋  ６Ｈ２Ｏ  →  ［Ａｌ（ＯＨ２）６］２Ｘ６
アルミニウムハロゲニド水溶液は、導電性を有する真の「塩溶液」を表わす。この反応は、可逆的ではなく、加熱すると、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）およびハロゲン化水素（ＨＸ）が形成される。
【００５０】
［Ａｌ（ＯＨ２）６］２Ｘ６  −  ６Ｈ２Ｏ  →  ２Ａｌ（ＯＨ）３  ＋  ６ＨＸ
この電解質として、水に溶解したマグネシウムハロゲニドもまた、使用され得る。しかしながら、加水分解する傾向は、アルミニウムハロゲニドよりも低い。加熱すると、ハロゲン化水素は、水の代わりに逃げる。
【００５１】
【数１】
2004524655.tif 000003
Ｍｇ（ＯＨ）Ｘ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｍｇ（ＯＨ）２  ＋  ＨＸ
この電解質として、ハロゲン酸（例えば、臭素酸またはヨウ素酸）もまた、使用可能である。
【００５２】
ハロゲン化水素（ＨＸ）および水（Ｈ２Ｏ）の共沸混合物を使用するのが有利であり、本発明のデバイスの製造において、この気密チャンバには、ハロゲン化水素（ＨＸ）のみが位置していることを確実にする。ハロゲン化水素（ＨＸ）は、次いで、好ましくは、水（Ｈ２Ｏ）中の溶解度よりも、過剰に供給される。ハロゲン化水素（ＨＸ）は、電流を流すと、この電解質中に形成されるので、また、この気密チャンバへと再度逃げるはずである。従って、この共沸混合物の混合比をそれ自体で再調節する。従って、水は、この気密チャンバへと逃げ得ない。この場合、このセルを例えばテフロン（登録商標）フィルムで囲む必要はない。それに加えて、この気密チャンバ中の水成分は、これらの電極の表面がそれにより水蒸気と僅かに接触するので、本発明のデバイスの導電性に対して僅かな効果しか有していない。しかしながら、グラファイトから作製したカソードは、撥水性であり、Ｆｅ３Ｏ４から作製したアノードの表面は、水に溶解しない。これらの電極の触媒効果は、維持される。それに加えて、水蒸気は、まず、例えば、１２００℃で、１０−３％の量にて、水素および酸素に分解する。
【００５３】
改良点では、この電解質は、炭化ケイ素ディスクの細孔内に位置する。
【００５４】
このディスクは、機械的な安定性を確実にし、さらに、電極担体として使用される。
【００５５】
本発明によれば、請求項１９に従って熱エネルギーおよび／または放射エネルギーを変換する方法は、以下の点を特徴とする：
ａ）熱および／または放射線の形態でエネルギーを供給することにより、気密チャンバに含有されたハロゲン化水素（ＨＸ）は、水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）に可逆的に開裂される；
ｂ）気密チャンバからの該ハロゲン（Ｘ２）は、前記電気化学セルの前記カソードの結晶格子に挿入され、そして電流を流すと、１原子あたり１個の電子を受容する（Ｘ２＋２ｅ−→２Ｘ−、カソード還元）；
ｃ）ハロゲンイオン（Ｘ−）は、１負電荷を運び、該カソードを出て、それと接触している該電解質に入る；
ｄ）該水素分子（Ｈ２）は、該アノードにより吸着され、解離され、そして吸収され、そして電流を流すと、１原子あたり１個の電子を供与する（２Ｈ→２Ｈ＋＋２ｅ−、アノード酸化）；
ｅ）該水素イオン（Ｈ＋）は、１正電荷を運び、該アノードから、それと接触している該電解質に入る；
ｆ）該ハロゲン化水素は、該電解質中にて、直接的または間接的に形成され（Ｈ＋  ＋  Ｘ−  →ＨＸ）、次いで、該気密チャンバに入る；そして
ｇ）電流を流して、工程ａ）〜工程ｆ）を繰り返すこと。
【００５６】
連続的な発電のために、水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）は、この電気化学セルに連続的に供給され、また、ハロゲン化水素（ＨＸ）は、この電気化学セルから連続的に除去される。
【００５７】
改良点は、特定の平衡状態を維持するために、熱および／または放射線の形態て、この気密チャンバに、エネルギーが連続的に供給されることにある。
【００５８】
それに加えて、このハロゲン化水素（ＨＸ）として、臭化水素（ＨＢｒ）またはヨウ化水素（ＨＩ）が使用される。
【００５９】
好ましくは、この気密チャンバとして、ハロゲン耐性容器が使用され、その壁を経由して、熱エネルギーおよび／または放射エネルギーが供給される。
【００６０】
改良点では、この容器は、放射線透過性で断熱性のフードおよび熱透過性フロアを含み、放射エネルギーは、主に、このフードを経由して供給され、そして熱エネルギーは、主に、このフロアを経由して供給される。
【００６１】
以下では、図面で図示された代表的な実施形態に基づいて、本発明を説明する。
【００６２】
熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）を電気エネルギーに変換するデバイスの構成は、図１で図示されている。
【００６３】
電気化学セル１２は、アノード１４、電解質１８およびカソード１６を含み、ハロゲン耐性気密容器に位置付けられており、これは、放射線透過性で断熱性のフード２２および熱透過性のフロア２４を含む。
【００６４】
アノード１４およびカソード１６は、電流を得るために、結線２０を使用して、抵抗器を経由して連結可能である。
【００６５】
この容器のフード２２は、ガラスから作製され得、そして容器のフード２４は、ガラスセラミックから作製され得、放射エネルギー（ｈν）は、主に、フード２２を経由して供給され、そして熱エネルギー（Δ）は、主に、フロア２４を経由して供給される。
【００６６】
気密チャンバ１０に供給される熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）により、気密チャンバ１０に含有されたハロゲン化水素（ＨＸ）は、水素（Ｈ２）とハロゲン（Ｘ２）とに可逆的に開裂される。
【００６７】
この反応は、可逆的であり、両方向で起こり得るので、任意の温度で、気密チャンバ１０内では、水素（Ｈ２）、ハロゲン（Ｘ２）およびハロゲン化水素（ＨＸ）の間で、特定の平衡が生じる。
【００６８】
この容器内に位置付けられた電気化学セル１２は、フィルム２６（これは、好ましくは、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）から作製される）で取り囲まれ、これは、気体透過性であり、ハロゲン耐性であり、撥水性であり、そして電気非導電性であり、気密チャンバ１０から電解質１８を分離する。
【００６９】
熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）の電気エネルギーへの変換は、熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態でエネルギーを供給することにより、ハロゲン化水素（ＨＸ）の水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）への開裂と共に開始する。
【００７０】
開裂に少なくとも使用されなければならないエネルギーのモル量は、以下の反応式にて、臭化水素（ＨＢｒ）およびヨウ化水素（ＨＩ）に対して、例示目的で示されている：
【００７１】
【数２】
2004524655.tif 000004
これらの反応では、ハロゲン化水素分子（ＨＸ）の分解と再結合との間の平衡状態は、温度の関数として、この気密チャンバ内で生じる。
【００７２】
例えば、３００℃では、ヨウ化水素分子（ＨＩ）の１９％は、常に開裂され、また、１０００℃では、これらの分子の３３％が常に開裂される。開裂したハロゲン化水素分子（ＨＸ）の割合は、温度上昇と共に高まる。
【００７３】
ハロゲン化水素（ＨＸ）の開裂した成分は、電気エネルギーへの電気化学的な変換に使用され、従って、できる限り大きくされるべきである。
【００７４】
これは、例えば、ハロゲン化水素（ＨＸ）が放射線（ｈν）を受ける場合、および／または触媒活性電極表面と接触する場合、達成され得る。いずれの場合でも、ハロゲン化水素（ＨＸ）の分解プロセスは、それゆえ、再結合よりも有利に働き、分解の程度は、その温度に関連して、高くなる。このようにして、本発明のデバイスは、室温でさえ、僅かなエネルギー供給で、作動し始め得る。
【００７５】
ヨウ化水素分子（ＨＩ）の場合、開裂（光解離）は、５７８ｎｍの波長の光（緑／黄）（これは、ヨウ素分子（Ｉ２）の開裂を引き起こす（Ｉ２→２Ｉ））を照射したとき、１４０℃で、既に起こり始める。一般に、可視光の量子は、モル反応が３００ｋＪ以下の自由エネルギーを必要とする手順にのみ十分である。それに加えて、放射エネルギー（ｈν）は、熱エネルギー（Δ）に非常に容易に変換され得、その結果、いずれの場合でも、最適に使用され得る。
【００７６】
気密チャンバ１０に面したアノード１４の側面は、フィルム２６に直接隣接する。
【００７７】
電極１４、１６は、気体電極として電気化学的に使用され、アノード１４は、水素電極に相当し、そしてカソード１６は、ハロゲン電極に相当している。相応して、アノード１４は、負極を形成し、そしてカソード１６は、正極を形成する。
【００７８】
電極１４、１６に適当な異なる材料を使用することにより、気密チャンバ１０に位置しているハロゲン化水素（ＨＸ）の分解生成物である水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）が電解質に別々に供給されることが保証される。
【００７９】
ハロゲン（Ｘ２）は、電流を流すと、カソード１６において、１原子あたり１個の電子を受容する（Ｘ２＋２ｅ−→２Ｘ−、カソード還元）。引き続いて、ハロゲンイオン（Ｘ−）は、１負電荷を運び、カソード１６から、それと接触している電解質１８に入る。対照的に、水素（２Ｈ）は、電流を流すと、アノード１４において、１原子あたり１個の電子を供与する（２Ｈ→２Ｈ＋＋２ｅ−、アノード酸化）。水素イオン（Ｈ＋）は、１正電荷を運び、引き続いて、アノード１４から、それと接触している電解質１８に入る。
【００８０】
最後に、ハロゲン化水素（Ｈ＋＋Ｘ−→ＨＸ）は、気密チャンバ１０に逃げ、電解質１８で形成される。
【００８１】
図２は、熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）を供給することにより、気密チャンバ１０で引き起こされる臭化水素（ＨＢｒ）の開裂を示す。
【００８２】
水素分子（Ｈ２）の開裂から開始して、最初に臭化水素（ＨＢｒ）は、得られる原子状水素原子（２Ｈ）を使用して、水素（Ｈ２）と臭素（Ｂｒ）とに開裂する。この反応は、可逆的である。
【００８３】
さらに、分解生成物である水素（Ｈ２）が繰り返し開裂することによってエネルギー（Δ、ｈν）を供給しつつ、臭化水素（ＨＢｒ）の開裂プロセスがいかにして維持されるかが示されている。
【００８４】
しかしながら、いかなる到達温度でも、以下の反応式に従った再結合によって、平衡状態が生じる：
Ｈ＋Ｂｒ２→ＨＢｒ＋Ｂｒ＋１７３．５０ｋＪ
ここで、非常に特定割合の臭化水素（ＨＢｒ）が開裂される。
【００８５】
開裂に少なくとも使用されなければならないエネルギーのモル量は、臭化水素（ＨＢｒ）について、１０３．８３ｋＪである。
【００８６】
質量作用の原理によれば、この状態は、エネルギー供給、熱放散、開裂生成物である水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）の除去がない限り、または臭化水素成分の還元が起こる限り、維持される。
【００８７】
しかしながら、図３で示した電気化学プロセスでは、開裂生成物である水素（Ｈ２）および臭素（Ｂｒ２）は、気密チャンバ１０から連続的に除去され、そして臭化水素（ＨＢｒ）は、再供給されるので、エネルギー（Δ、ｈν）は、一定温度で特定の平衡状態を維持するために、気密チャンバ１０に連続的に供給されなければならない。
【００８８】
図３は、電解質１８中での臭化水素（ＨＢｒ）の形成を示す。電解質１８は、臭化アルミニウム水溶液であり、形成される臭化水素（ＨＢｒ）は、そこから、図１で示した気密チャンバ１０へと逃げ得る。
【００８９】
電解質１８で選択される水の割合は、十分に大過剰な水が存在しているように十分に大きい。
【００９０】
もし、水の割合がこの限界より減少すると、それに対応して、多量の水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が形成され、臭化水素（ＨＢｒ）の会合部分は、気密チャンバ１０に逃げる。過剰な場合、臭化水素（ＨＢｒ）は、部分的に、過剰な水成分に溶解される。
【００９１】
従って、このアルミニウムハロゲニドの溶媒和イオンおよび水酸化アルミニウムのイオンは、このプロセスに関与していると推定しなければならない。
【００９２】
電解質１８中の水成分は、一定のままであり、また、溶解した臭化アルミニウム（ＡｌＢｒ３）および水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）の濃度もまた変化しないので、電気化学的に形成された臭化水素（ＨＢｒ）は、この場合もやはり、気密チャンバ１０に逃げる。
【００９３】
この目的のために、図１で示した電解質１８の上にあるフィルム２６の一部２８は、ハロゲン化水素（ＨＸ）に対して透過性である。
【００９４】
結線２０を経由して電気エネルギーを除去し、従って、電流が流れるとすぐに、水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）は、気密チャンバ１０から引き出され、そして電気化学セル１２に供給される。電解質１８中の生成物として、ハロゲン化水素（ＨＸ）が形成され、これは、次いで、気密チャンバ１０に入り、そこで、再度、熱（Δ）および放射線（ｈν）の形態でエネルギーを供給することにより、水素（Ｈ２）およびハロゲン（Ｘ２）に分解する。
【００９５】
従って、ハロゲン化水素（ＨＸ）の閉鎖ループが存在し、そこを通って、熱エネルギーおよび放射エネルギー（Δ、ｈν）は、高い効率で、電気エネルギーに変換される。熱エネルギーの何らかの寄与によって温度が上昇し、従って、気密チャンバ１０中でのハロゲン化水素（ＨＸ）の分解度が上がるので、熱エネルギーの損失（これは、例えば、この電気化学セルの内部抵抗に由来し得る）は、生じない。
【００９６】
結線２０で生じる端子電圧は、酸電解質（例えば、水に溶解した臭素酸または臭化アルミニウム）と共にハロゲンとして臭素を使用する場合、名目上、１．０６Ｖであり、また、酸ヨウ素電解質については、０．５３Ｖである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、本発明によるデバイスの概略図を示す。
【図２】図２は、本発明によるデバイスの気密チャンバの内側での臭化水素（ＨＢｒ）の開裂プロセスを示す。
【図３】図３は、本発明によるデバイスの電解質中での臭化水素（ＨＢｒ）の形成を示す。
【国際公開パンフレット】
2004524655.tif 000005
2004524655.tif 000006
2004524655.tif 000007
2004524655.tif 000008
2004524655.tif 000009
2004524655.tif 000010
2004524655.tif 000011
2004524655.tif 000012
2004524655.tif 000013
2004524655.tif 000014
2004524655.tif 000015
2004524655.tif 000016
2004524655.tif 000017
2004524655.tif 000018
2004524655.tif 000019
2004524655.tif 000020
2004524655.tif 000021
2004524655.tif 000022
2004524655.tif 000023
2004524655.tif 000024
2004524655.tif 000025
2004524655.tif 000026
2004524655.tif 000027
2004524655.tif 000028
2004524655.tif 000029
2004524655.tif 000030
2004524655.tif 000031
2004524655.tif 000032
2004524655.tif 000033
2004524655.tif 000034
2004524655.tif 000035
2004524655.tif 000036
2004524655.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月16日(2002.10.16)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
熱エネルギーおよび／または放射エネルギー（Δ、ｈν）を電気エネルギーに変換するデバイスであって、該デバイスは、気密チャンバ（１０）および少なくとも１個の電気化学セル（１２）を含み、該気密チャンバは、気体または気体混合物のみを含有し、該電気化学セルは、該気密チャンバ（１０）に位置しており、アノード（１４）およびカソード（１６）を含み、その間には、電解質（１８）が位置しており、そこには、結線（２０）が連結されており、ここで、該気密チャンバ（１０）および該電気化学セル（１２）は、気体または気体混合物を含有し、そこには、エネルギーが熱（Δ）および／または放射線（ｈν）の形態で供給され得、該気体または気体混合物は、分子成分および解離成分を含有し、その比は、その温度の関数であり、該アノード（１４）と該カソード（１６）との間で電位差を生じる、
デバイス。
【国際調査報告】
2004524655.tif 000038
2004524655.tif 000039
2004524655.tif 000040
2004524655.tif 000041
2004524655.tif 000042
2004524655.tif 000043