特許 7579792 電極システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電極システム

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/65 20210101AFI20241031BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20241031BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241031BHJP

   C25B 9/70 20210101ALI20241031BHJP

   C25B 11/02 20210101ALI20241031BHJP

   C25B 11/03 20210101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

C25B9/65

C25B1/04

C25B9/00 A

C25B9/70

C25B11/02 301

C25B11/03

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021547859

(86)(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-06

(86)【国際出願番号】 EP2020054514

(87)【国際公開番号】W WO2020169750

(87)【国際公開日】2020-08-27

【審査請求日】2023-02-20

(31)【優先権主張番号】19158309.5

(32)【優先日】2019-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】520100103

【氏名又は名称】ハイメット アーペーエス

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ビシュワス， サモン

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】特表平０９－５０４０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公告第０１３４１０２７（ＧＢ，Ａ）

【文献】英国特許出願公開第０２４４９７２４（ＧＢ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５１７９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３４４７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８８５２４１０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】実開平０２－１３４６９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５５－１６２２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２０５９７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１２５５３６４０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １／００－１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極システム（１）であって：
交互に配置されて電極スタックを形成する、複数の第１の電極板（３；３’；３”）及び複数の第２の電極板（５；５’）であって、
各第１の電極板（３；３’；３”）は、第１の電極板（３；３’；３”）を通って延在している第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）及び第１の電極板の第２のバスバー開口部（２５ｂ；２５ｂ’；２５ｂ”）を有し、第１の電極板の第２のバスバー開口部（２５ｂ；２５ｂ’；２５ｂ”）は、第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）よりも大きく、
各第２の電極板（５；５’）は、第２の電極板（５；５’）を通って延在している第２の電極板の第１のバスバー開口部（２７ａ；２７ａ’）を有し、第２の電極板の第１のバスバー開口部（２７ａ；２７ａ’）は、第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）のそれぞれよりも大きい寸法であり、第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）と位置合わせされており、第２の電極板の第２のバスバー開口部（２７ｂ；２７ｂ’）は、第２の電極板（５；５’）を通って延在しており、第２の電極板の第２のバスバー開口部（２７ｂ；２７ｂ’）は、第１の電極板の第２のバスバー開口部（２５ｂ；２５ｂ’；２５ｂ”）のそれぞれよりも小さい寸法であり、第１の電極板の第２のバスバー開口部（２５ｂ；２５ｂ’；２５ｂ”）と位置合わせされている、複数の第１の電極板（３；３’；３”）及び複数の第２の電極板（５；５’）と、
第１のバスバー（１７ａ；１８；３１；４５）であって、第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）及び第２の電極板の第１のバスバー開口部（２７ａ；２７ｂ’）を通って延在しており、第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）の第１のバスバーの内側表面のみと機械的に接触するように構成されている、第１のバスバー（１７ａ；１８；３１；４５）と、
第２のバスバー（１７ｂ）であって、第１の電極板の第２のバスバー開口部（２５ｂ；２５ｂ’；２５ｂ”）及び第２の電極板の第２のバスバー開口部（２７ｂ；２７ｂ’）を通って延在しており、第２の電極板の第２のバスバー開口部（２７ｂ；２７ｂ’）の第２のバスバーの内側表面のみと機械的に接触するように構成されており、
第１の電極板は、それぞれの第１の内部体積を区切る導電性の第１のフレームを有し、第２の電極板は、それぞれの第２の内部体積を区切る導電性の第２のフレームを有し、フレームは熱伝導性ポリマーでコーティングされており、第１の電極板及び第２の電極板は、下にある金属コアが露出された露出領域を有し、
第１の電極板の露出領域には、第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第１のバスバーの第２のバスバー開口部が設けられており、
第２の電極板の露出領域には、第２の電極板の第１のバスバー開口部及び第２のバスバーの第２のバスバー開口部が設けられている、第２のバスバー（１７ｂ）と、
それぞれが第１のバスバー又は第２のバスバーを受け入れる貫通開口部を有する複数の導電性スペーサー（４１ａ、４１ｂ）とを含み、第１の電極板及び第２の電極板のそれぞれについて、それぞれの２つのスペーサーが、露出領域と電気的に接続して配置されており、１つのスペーサーは、対応する第１の電極板の第１のバスバー開口部又は第２の電極板の第２のバスバー開口部の一方の側に配置されており、別のスペーサーは、その反対側に配置されており、露出領域（３９）の前面及び後面の両方が、それぞれのスペーサーと機械的及び電気的に接触している、電極システム（１）。

【請求項2】

第１のバスバーがアノードバスバーであり、第２のバスバーがカソードバスバーである、請求項１に記載の電極システム（１）。

【請求項3】

すべての第１の電極板（３；３’；３”）がアノードであり、すべての第２の電極板（５；５’）がカソードである、請求項１又は２に記載の電極システム（１）。

【請求項4】

第１のフレーム（１９ａ）は、第１の酸素ガスチャネル（２４ａ）、第１の水素ガスチャネル（２４ｂ）を有し、第１の酸素ガスチャネル（２４ａ）と第１の水素ガスチャネル（２４ｂ）のうち、第１の酸素ガスチャネル（２４ａ）のみが、第１の内部体積（２１ａ）に接続されており、水チャネル（２２ａ）が第１の内部体積（２１ａ）に接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極システム（１）。

【請求項5】

第２のフレーム（１９ｂ）は、第１の酸素ガスチャネル（２６ａ）と位置合わせされている第２の酸素ガスチャネル（２６ａ）、第１の水素ガスチャネル（２４ａ）と位置合わせされている第２の水素ガスチャネル（２６ｂ）を有し、第２の酸素ガスチャネル（２６ａ）と第２の水素ガスチャネル（２６ｂ）のうち、第２の水素ガスチャネル（２６ｂ）のみが第２の内部体積（２１ｂ）に接続されており、第２の水チャネル（２８ａ）は水チャネル（２２ａ）と位置合わせされている、請求項４に記載の電極システム（１）。

【請求項6】

第１のバスバー（１７ａ；１８；３１；４５）が、第１の電極板の第１のバスバー開口部（２５ａ；２５ａ’；２５ａ”）の第１のバスバーの内側表面と係合するように構成されており、第２のバスバー（１７ｂ）が、第２の電極板の第２のバスバー開口部（２７ｂ；２７ｂ’）の第２のバスバーの内側表面と係合するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電極システム（１）。

【請求項7】

第１のバスバーの内側表面にはねじ山があり、第１のバスバー（１７ａ）には、第１のバスバーの内側表面のねじ山とねじ山接続を形成するように構成されている雄ねじが設けられており、第２のバスバーの内側表面にはねじ山があり、第２のバスバー（１７ｂ）には、第２のバスバーの内側表面のねじ山とねじ山接続を形成するように構成されている雄ねじが設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の電極システム（１）。

【請求項8】

第１のバスバー（１７ａ；１８；３１）及び第２のバスバー（１７ｂ）が、円形の断面を有する、請求項７に記載の電極システム（１）。

【請求項9】

電解槽システムである、請求項１から８のいずれか一項に記載の電極システム（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、例えば電解槽の、電極スタックの電極への電力供給に関する。

【背景技術】

【0002】

電極のスタックは、非常に複数の用途で使用することができる。電極のスタックを利用することができる１つの用途は、電気分解の用途である。

【0003】

水の電気分解は、水分子が分解されて水素ガスと酸素ガスを生成するプロセスである。このプロセスは、水中に沈められた２つの電極間に電流が流れる結果として発生する。

【0004】

既存の解決策では、電源と電極との間の機械的な接続は比較的かさばる可能性がある。さらに、設置の間に電源に必要な接続を行うのは比較的面倒な場合がある。

【発明の概要】

【0005】

上記を考慮して、本開示の一般的な目的は、先行技術の問題を解決するか、あるいは少なくとも軽減する電極システムを提供することである。

【0006】

したがって、電極スタックを形成するために交互に配置された複数の第１の電極板及び複数の第２の電極板を含み、各第１の電極板は、第１の電極板の第１のバスバー開口部と、第１の電極板を通って延在している第１の電極板の第２のバスバー開口部とを有し、第１の電極板の第２のバスバー開口部は、第１の電極板の第１のバスバー開口部よりも大きく、各第２の電極板は、第２の電極板を通って延在している第２の電極板の第１のバスバー開口部を有し、第２の電極板の第１のバスバー開口部は、第１の電極板の第１のバスバー開口部のそれぞれよりも大きい寸法形状であり、第１の電極板の第１のバスバー開口部と位置合わせされており、第２の電極板の第２のバスバー開口部は、第２の電極板を通って延在しており、第２の電極場の第２のバスバー開口部は、第１の電極板の第２のバスバー開口部のそれぞれよりも小さい寸法形状であり、第１の電極板の第２のバスバー開口部と位置合わせされており、第１のバスバーは、第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第２の電極板の第１のバスバー開口部を通って延在しており、第１のバスバーは、第１の電極板の第１のバスバー開口部の第１のバスバーの内側表面のみと機械的に接触するように構成されており、第２のバスバーは、第１の電極板の第２のバスバー開口部及び第２の電極板の第２のバスバー開口部を通って延在しており、第２のバスバーは、第２の電極板の第２のバスバー開口部の第２のバスバーの内側表面のみと機械的に接触するように構成されている、電極システムが提供される。

【0007】

したがって、電極スタックとのバスバー接続は内部であり、電極スタックの内部を通って延在しているため、バスバーの外部フットプリント、並びに第１の電極板及び第２の電極板に対するそれらの接続が減少する。さらに、それにより、例えば、第１の電極板及び第２の電極板の外部冷却の目的のために、電極スタックの外側表面に直接アクセスすることができる。

【0008】

したがって、第１のバスバーは、第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第２の電極板の第１のバスバー開口部のうちの、第１の電極板の第１のバスバーの開口部の第１のバスバーの内側表面のみと機械的に接触するような寸法にされる。

【0009】

したがって、第２のバスバーは、第１の電極板の第２のバスバー開口部及び第２の電極板の第２のバスバー開口部のうちの、第２の電極板の第２のバスバー開口部の第２のバスバーの内側表面のみと機械的に接触するような寸法にされる。

【0010】

第１のバスバーは、例えば、銅又はアルミニウムで作られていてもよい。第２のバスバーは、例えば、銅又はアルミニウムで作られていてもよい。

【0011】

第１のバスバー及び第２のバスバーは、同じ外径を有し得る。第１のバスバー及び第２のバスバーは、例えば、同一又は本質的に同一であり得る。
一例は、複数の第１のバスバーを含み得、各第１の電極板は、複数の第１の電極板の第１のバスバー開口部を含み得、各第１のバスバーは、それぞれの第１の電極板の第１のバスバー開口部の第１のバスバーの内側表面を通って延び、機械的に接触している。

【0012】

一例は、複数の第２のバスバーを含み得、各第２の電極板は、複数の第２の電極板の第２のバスバー開口部を含み得、各第２のバスバーは、それぞれの第２の電極板の第２のバスバー開口部の第２のバスバーの内側表面を通って延び、機械的に接触している。

【0013】

一例によれば、各第１の電極板の第２のバスバー開口部は、複数の第２のバスバーを受け入れるように構成される。各第１の電極板の第１の電極板第２のバスバー開口部は、それを通って延在している第２のバスバーのいずれも第１の電極板と電気的に接触しないような寸法にされ得る。一例によれば、第２の電極板の第１のバスバー開口部は、複数の第１のバスバーを受け入れるように構成される。各第２の電極板の第２の電極板の第１のバスバー開口部は、それを通って延在している第１のバスバーのいずれもが第２の電極板と電気的に接触しないような寸法にされ得る。

【0014】

好ましくは、第１のバスバーの数と第２のバスバーの数は同じである。

【0015】

一実施形態によれば、第１のバスバーはアノードバスバーであり、第２のバスバーはカソードバスバーである。

【0016】

一実施形態によれば、すべての第１の電極はアノードであり、すべての第２の電極板はカソードである。

【0017】

一実施形態によれば、各第１の電極板は、第１の内部体積を区切る第１のフレームを有し、第１のフレームは、第１の酸素ガスチャネル、第１の水素ガスチャネルを有し、第１の酸素ガスチャネル及び第１の水素ガスチャネルのうち、第１の酸素ガスチャネルのみが第１の内部体積に接続されており、水チャネルが第１の内部体積に接続されている。

【0018】

一実施形態によれば、各第２の電極板は、第２の内部体積を区切る第２のフレームを有し、第２のフレームは、第１の酸素ガスチャネルと整列されている第２の酸素ガスチャネル、第１の水素ガスチャネルと整列されている第２の水素ガスチャネルを有し、第２の酸素ガスチャネル及び第２の水素ガスチャネルのうち、第２の水素ガスチャネルのみが第２の内部体積に接続されており、第２の水チャネルは水チャネルと整列されている。

【0019】

一実施形態によれば、第１のバスバーは、第１のバスバーの内側表面と係合するように構成されており、第２のバスバーは、第２のバスバーの内側表面と係合するように構成されている。

【0020】

一実施形態によれば、１のバスバーの内側表面にはねじ山があり、第１のバスバーには、第１のバスバーの内側表面のねじ山とねじ山接続を形成するように構成された雄ねじが設けられており、第２のバスバーの内側表面にはねじ山があり、第２のバスバーには、第２のバスバーの内側表面のねじ山とねじ山接続を形成するように構成された雄ねじが設けられている。

【0021】

一実施形態によれば、第１のバスバー及び第２のバスバーは、円形の断面を有する。それにより、第１のバスバーは、例えば、第１の電極板の第１のバスバー開口部にねじ込むことができ、第２のバスバーは、例えば、第２の電極板の第２のバスバー開口部にねじ込むことができる。

【0022】

一実施形態によれば、第１のバスバーは、径方向外向きに延在している複数の第１のフィンを備え、第１のフィンは、それぞれの第１のフィンロック構造を備えており、第１のバスバーの内側表面は、それぞれが第１の内側ロック構造を備えている複数の径方向内向きに延在している第１の突起を備え、各第１の内側ロック構造は、それぞれの第１フィンロック構造と嵌合するように構成されている。

【0023】

第２の電極板の第１のバスバー開口部は、電極スタックを通って延在している第１のバスバーの長さに沿った第１のバスバーの最大断面寸法よりも大きい最小寸法を有し得る。したがって、第１のバスバーは、第２の電極板の第１のバスバー開口部の内側表面と機械的に接触することはない。

【0024】

第１のバスバーと第１の電極板との間の表面接触体積を増加させることができ、したがって、より多くの電流を第１のバスバーから第１の電極板に流すことができる。

【0025】

一実施形態によれば、第１のフィンロック構造は、それぞれの第１の内側ロック構造とスナップフィットするように構成されている接線方向の突起である。

【0026】

それにより、第１のバスバーは、設置中に第１のバスバーをねじることによって、第１の電極板と機械的にロックされ得る。

【0027】

第１のフィンロック構造は、それぞれの第１のフィンから次の第１のフィンに向かって、第１のバスバーの第１の円周方向に次々に接線方向に延在していることができる。

【0028】

一実施形態によれば、第２のバスバーは、径方向外向きに延在している複数の第２のフィンを備え、第２のフィンは、それぞれの第２のフィンロック構造を備えており、第２のバスバーの内側表面は、それぞれが第２の内側ロック構造を備えている複数の径方向内向きに延在している第２の突起を備え、各第２の内側ロック構造は、それぞれの第２フィンロック構造と嵌合するように構成されている。

【0029】

第１の電極板の第２のバスバー開口部は、電極スタックを通って延在している第２のバスバーの長さに沿った第２のバスバーの最大断面寸法よりも大きい最小寸法を有し得る。したがって、第２のバスバーは、第１の電極板の第２のバスバー開口部の内側表面と機械的に接触することはない。

【0030】

第２のバスバーと第２の電極板との間の表面接触体積を増加させることができ、したがって、より多くの電流を第２のバスバーから第２の電極板に流すことができる。

【0031】

一実施形態によれば、第２のフィンロック構造は、それぞれの第２の内側ロック構造とスナップフィットするように構成された接線方向の突起である。

【0032】

これにより、第２のバスバーは、設置中に第２のバスバーをねじる又は回転させることによって、第２の電極板と機械的にロックすることができる。

【0033】

第２のフィンロック構造は、それらのそれぞれの第２のフィンから次の第２のフィンに向かって、第２のバスバーの第１の円周方向に次々に接線方向に延在していることができる。

【0034】

一実施形態によれば、第１のバスバーは、第１のバスバーの軸方向に互いに平行に延在している、分離されている２つ第１の半分及び２つの第１の半分の間の距離の調整を可能にするように構成されている第１の距離設定アセンブリを含み、それにより、第１の電極板の第１のバスバー開口部とのタイトフィットを可能にし、第２のバスバーは、第２のバスバーの軸方向に互いに平行に延在している、分離されている２つの第２の半分及び２つの第２の半分の間の距離の調整を可能にするように構成されている第２の距離設定アセンブリを含み、それにより、第２の電極板の第２のバスバー開口部とのタイトフィットを可能にする。

【0035】

それにより、第１のバスバーの２つの第１の半分は、第１のバスバーと第１の電極板との間のより良い機械的接触を得るために、第１のバスバーの内側表面に向かって押し付けられ得る。２つの第１の半分は、回転させることで互いに離すことができる。一実施形態によれば、第１の距離設定アセンブリは、第１のバスバーの各端部領域に第１のねじを含み、２つの第１の半分を通って径方向に延在しており、各第１のねじには、２つの第１の半分の間の距離の調整を可能にする２つの第１のナットが設けられており、第２の距離設定アセンブリは、第２のバスバーの各端部領域に第２のねじを含み、２つの第２の半分を通って径方向に延在しており、各第２のねじには、２つの第２の半分の間の距離の調整を可能にする２つの第２のナットが設けられている。

【0036】

これにより、第２のバスバーの２つの第２の半分を、第２のバスバーの内側表面に向かって押して、第２のバスバーと第２の電極板との間のより良い機械的接触を得ることができる。

【0037】

一実施形態によれば、電極システムは電解槽システムである。電解槽システムは、高圧電解槽システムであり得る。

【0038】

一実施形態は、複数の導電性平面スペーサーを含み、各スペーサーは、第１のバスバー又は第２のバスバーを受け入れるように構成されている貫通開口部を有し、第１の電極板及び第２の電極板は、熱伝導性ポリマーでコーティングされており、第１の電極板及び第２の電極板は、下にある金属コアが露出された露出領域を有し、第１の電極板の露出領域には、それぞれ１つの第１の電極板の第１のバスバー開口部が設けられており、第２の電極板の露出領域には、それぞれ１つの第２の電極板の第２のバスバー開口部が設けられており、各第１の電極板について、１つのスペーサーが第１の電極板の第１のバスバー開口部の一方の側に配置されており、別のスペーサーが第１の電極板の第１のバスバー開口部の反対側に配置されており、各第２の電極板に対して、１つのスペーサーが第２の電極板の第２のバスバー開口部の一方の側に配置され、別のスペーサーが第２の電極板の第２のバスバー開口部の反対側に配置されており、これにより、スペーサーは、露出領域の前面と背面の両方と機械的及び電気的に接触して配置されている。

【0039】

これにより、バスバーが接触する導電性材料の厚さが増加される。スペーサーは、バスバーの追加の接触面として機能する。これにより、バスバーが電極板と電気的に接触する長さが長くなり、電極板が非常に薄く、電極板に大電流を流す場合に有利である。これにより、バスバーから電極板に流れる電流を増加させることができる。

【0040】

あるいは、スペーサーは接触要素と呼ばれることもある。

【0041】

一例によれば、電極システムは：キャビネット及び複数の第１のバスバー、複数の第１の電極板の第１のバスバー開口部を含む各第１の電極板、並びに複数の第２のバスバー、複数の第２の電極板の第２のバスバー開口部を含む各第２の電極板を含み、電極システムは、第１のバスバーの対の間に接続されている第１のパンタグラフを含み、第１のパンタグラフは、第１のバスバーを第１の電極板に向かって押すように構成されており、第２のパンタグラフは、第２のバスバーの対の間に接続されており、第２のパンタグラフは、第２のバスバーを第２の電極板に向かって押すように構成されている。

【0042】

複数の第１の電極板は、例えば、２つの第１の電極板であり得る。複数の第２の電極板は、例えば、２つの第２の電極板であり得る。

【0043】

一例によれば、電極システムは、第１のバスバー及び第２のバスバーに接続されるように構成されている電気コネクタを備えているキャビネット、並びに電磁石を含み得、電極スタックは電解槽の一部を形成し、電解槽は、電解槽がキャビネット内に配置されたときに電磁石と磁気的に相互作用するように構成されている強磁性材料を含む。

【0044】

電磁石は、電解槽がキャビネット内に配置されたときに通電されて、電解槽をキャビネット内に適切に位置合わせし、電気コネクタ及び第１のバスバー及び第２のバスバーの間の電気接続を固定することができる。電気分解を除去する場合は、電磁石の電源を切ることができる。

【0045】

一般に、特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、ここで別段の定めがない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「ａ／ａｎ／要素、装置、コンポーネント、手段、ステップなど」へのすべての参照は、特に明記しない限り、要素、装置、コンポーネント、手段、ステップなどの少なくとも１つの実例を指すものとして公然と解釈されるべきである。ここに開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられない限り、開示される正確な順序で実行される必要はない。

【0046】

次に、本発明の概念の例を、添付の図面を参照して、例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】電極システムの一例の斜視図を概略的に示している。

【図2a-b】図２のａは、第１の電極板の正面図を概略的に示している。図２のｂは、第２の電極板の正面図を概略的に示している。

【図3a-b】図３のａは、バスバーの一例の断面を概略的に示している。ｂは、電極板のバスバー開口部に取り付けられている図３のａのバスバーを概略的に示している。

【図4a-b】図４のａは、バスバーの一例の斜視図を概略的に示している。図４のｂは、図４のａのバスバーの側面図を概略的に示している。

【図5a-b】図５のａは、第２の電極板の別の例の斜視図を概略的に示している。図５のｂは、バスバー及びスペーサーが第２の電極板から取り外されている、図５のａの第２の電極板の概略拡大図である。

【図6a-b】図６のａは、バスバーの一例の斜視図を概略的に示しており。図６のｂは、図６のａに示されているバスバーと共に使用するための電極板を概略的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0048】

次に、本発明の特定の実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明を以下により完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができ、ここに記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、この開示が、徹底的かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えることになるよう、これらの実施形態は、例として提供されている。同様の符号は、説明全体で同様の要素を指す。

【0049】

図１は、電極スタックを形成する複数の電極板を含む電極システムの例を示している。以下では、電極システムは、電気分解のための電解槽システムによって例示される。しかしながら、任意の用途の電極スタックは、電気分解の文脈でここに記載されるように、バスバー構造から利益を得る可能性があることを理解されたい。

【0050】

例示された電極システム１は、複数の第１の電極板３及び複数の第２の電極板５を含む。第１の電極板３及び第２の電極板５は交互に配置されて、電極スタックを形成する。第１の電極板３と隣接する第２の電極板５の各対は、電解セルを形成する。

【0051】

電極システム１は、セパレータ膜などの膜を含み得る。それぞれの膜は、一対の第１の電極板３と第２の電極板５との間に配置することができる。したがって、それぞれの膜は、第１の電極板３と第２の電極板５との間に挟まれ得る。

【0052】

第１の電極板３は、第２の電極板５から電気的に絶縁されている。
例示された電極システム１は、２つのエンドプレートを有し、各エンドプレートは、電極スタックの各端にある。図１では、１つのエンドプレート７のみが見える。エンドプレート７は、エンドプレート７の周囲に沿って分散された複数の開口部９を含み得る。開口部９は、電極スタックを一緒に保持するための留め具を受け入れるように構成され得る。留め具は、例えば、電極スタックを通って延在している圧縮ロッドと、圧縮ロッドを電極スタックに取り付けるためのナット及び／又はボルトとを含み得る。

【0053】

例示されたエンドプレート７はさらに２つのガスチャネルを含む。この例では、第１のガスチャネルは酸素ガスチャネル１１ａであり、第２のガスチャネルは水素ガスチャネル１１ｂである。例示されたエンドプレート７は、水チャネル１３をさらに含む。エンドプレート７は、第１バスバー開口部１５ａ及び第２のバスバー開口部１５ｂを有する。

【0054】

電極システム１はさらに、第１のバスバー１７ａ及び第２のバスバー１７ｂを備える。第１のバスバー１７ａは、第１のバスバー開口部１５ａを通って、そして電極スタック全体を通って延在しており、第２のバスバー１７ｂは、第１のエンドプレート７の第２のバスバー開口部１５ｂを通って、そして電極スタック全体を通って延在している。したがって、例示された第１のバスバー１７ａ及び第２のバスバー１７ｂは、すべての第１の電極板３、すべての第２の電極板５、及び両方のエンドプレートを含む電極スタック全体を通って延在している。

【0055】

第１のバスバー１７ａ及び第２のバスバー１７ｂは、図１に示される例によれば、エンドプレート７と機械的又は電気的に接触していない。ここでは、例えば、第１のバスバー開口部１５ａ及び第２のバスバー開口部１５ｂは、第１のバスバー１７ａ及び第２のバスバー１７ｂの断面寸法よりも少なくともいくらか大きい寸法を有し得る。１つの変形例によれば、エンドプレート７は、第１のバスバー１７ａと第１のバスバー開口部１５ａとの間、及び第２のバスバー１７ｂと第２のバスバー開口部１５ｂとの間に固体電気絶縁を設け得る。

【0056】

図２ａは、第１の電極板３の一例の正面図を示している。第１の電極板３は、第１の内部容積２１ａを区切る導電性の第１のフレーム１９ａを有する。第１のフレーム１９ａは、例えば、銅又はアルミニウムなどの金属コアを含み得る。第１のフレーム１９ａ、特に金属コアは、熱伝導性ポリマーでコーティングすることができる。熱伝導性ポリマーのコーティングは、例えば、射出成形によって得ることができる。

【0057】

第１の電極板３には、第１の内部体積２１ａを区切る対向する側部の間で、第１の内部体積２１ａの内側に延在している複数のコイル２３が設けられている。コイル２３は、第１のフレーム１９ａに電気的に接続されている。コイル２３は、互いに並列に配置することができる。

【0058】

第１の電極板３はさらに、第１の水チャネル２２ａ及び第２の水チャネル２２ｂを含み、そのうちの第２の水チャネル２２ｂのみが第１の内部体積２１ａに接続されている。したがって、第１の水チャネル２２ａの第２の水チャネル２２ｂ及び第２の水チャネル２２ｂのみが、第１の内部体積２１ａと流体連絡している。電極スタックにおいて、第１の水チャネル２２ａ及び第２の水チャネル２２ｂは、エンドプレート７の水チャネル１３のそれぞれの１つに接続されている。

【0059】

第１の電極板３はさらに、第１のガスチャネル２４ａ、例えば、第１の酸素ガスチャネル及び第２のガスチャネル２４ｂ、例えば、第１の水素ガスチャネルを含む。第１のガスチャネル２４ａ及び第２のガスチャネル２４ｂのうちの一方のみが、第１の内部体積２１ａに接続されている。図２ａに示される例では、第１のガスチャネル２４ａは、第１の内部体積２１ａに接続されている。したがって、第１のガスチャネル２４ａは、第１の内部体積２１ａと流体連絡している。

【0060】

第１の電極板３は、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａを含む。第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａは、第１の電極板３を通って延在している。第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａは、この例では、第１の電極板３の下部領域に配置されている。

【0061】

第１の電極板３は、第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂを備えている。第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂは、第１の電極板３を通って延在している。第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂは、この例では、第１の電極板３の下部領域に配置されている。

【0062】

第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂは、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａよりも大きい。

【0063】

図２ｂは、第２の電極板５の一例の正面図を示している。第２の電極板５は、第２の内部体積２１ｂを区切る導電性の第２のフレーム１９ｂを有する。第２のフレーム１９ｂは、例えば、銅又はアルミニウムなどの金属コアを含み得る。第２のフレーム１９ｂ、特に金属コアは、熱伝導性ポリマーでコーティングすることができる。熱伝導性ポリマーのコーティングは、例えば、射出成形によって得ることができる。

【0064】

第２の電極板５には、第２の内部体積２１を区切る対向する側部の間で、第２の内部体積２１ｂの内側に延在している複数のコイル２３を備えている。コイル２３は、第２のフレーム１９ｂに電気的に接続されている。コイル２３は、互いに並列に配置することができる。

【0065】

第２の電極板５はさらに、第１の水チャネル２８ａ及び第２の水チャネル２２８ｂを含み、そのうち第１の水チャネル２８ａのみが第２の内部体積２１ｂに接続されている。したがって、第１の水チャネル２８ａの第１の水チャネル２８ａ及び第２の電極板５の第２の水チャネル２８ｂのみが、第２の内部体積２１ｂと流体連絡している。電極スタックにおいて、第１の水チャネル２８ａ及び第２の水チャネル２８ｂは、第１の電極板３の水チャネル２２ａ及び２２ｂ並びにエンドプレート７の水チャネル１３のそれぞれの１つに接続されている。

【0066】

第２の電極板５はさらに、第１のガスチャネル２６ａ、例えば、第２の酸素ガスチャネルと、第２のガスチャネル２６ｂ、例えば、第２の水素ガスチャネルとを含み、第１の電極板３の対応するガスチャネルと整列され、接続されている。第１のガスチャネル２６ａ及び第２のガスチャネル２６ｂのうちの一方のみが、第２の内部体積２１ｂに接続されている。図２ｂに示される例では、第２のガスチャネル２６ｂは、第２の内部体積２１ｂに接続されている。したがって、第２のガスチャネル２６ｂは、第２の内部体積２１ｂと流体連絡している。

【0067】

第２の電極板５は、第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａを含む。第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａは、第２の電極板５を通って延在している。第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａは、この例では、第２の電極板５の下部領域に配置されている。

【0068】

第２の電極板５は、第２の電極板第２のバスバー開口部２７ｂを含む。第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂは、第２の電極板５を通って延在している。第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂは、この例では、第２の電極板５の下部領域に配置されている。

【0069】

第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａは、第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂよりも大きい。

【0070】

電極スタックにおいて、各第１の電極板３の第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａは、第２の電極板の第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａ、及び他の第１の電極板３の第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａと位置合わせされている。

【0071】

電極スタックにおいて、各第１の電極板３の第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂは、第２の電極板５の第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂ及び他の第１の電極板３の第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂと位置合わせされている。

【0072】

第１のバスバー１７ａは、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａ及び第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａのすべてを通って延在している。第１のバスバー１７ａは、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａの第１のバスバーの内側表面と機械的に接触するような寸法にされている。第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａは、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａよりも大きな寸法を有し、第１のバスバー１７ａは、第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａのどの表面とも機械的に接触していない。これにより、第１のバスバー１７ａは、第１の電極板３にのみ電流を供給することができる。

【0073】

第２のバスバー１７ｂは、第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂ及び第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂのすべてを通って延在している。第２のバスバー１７ｂは、第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂの第２のバスバーの内側表面と機械的に接触するような寸法にされている。第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂは、第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂよりも小さい寸法を有し、第２のバスバー１７ｂは、第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂのどの表面とも機械的に接触していない。これにより、第２のバスバー１７ｂは、第２の電極板５にのみ電流を供給することができる。

【0074】

第１のバスバー１７ａはアノードバスバーであり得、第２のバスバー１７ｂはカソードバスバーであり得る。したがって、第１の電極板３はアノードを形成することができ、第２の電極板５はカソードを形成することができる。

【0075】

図２ａ～図２ｂに示される例によれば、第１のバスバー１７ａ及び第２のバスバー１７ｂは、同じ直径又は寸法を有する。第１のバスバー１７ａ及び第２のバスバー１７ｂは、円形の断面を有し得る。これは、ここに開示される任意の例に適用され得る。

【0076】

第１のバスバー１７ａは、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａ、特に第１のバスバーの内側表面と係合するように構成されている。第２のバスバー１７ｂは、第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂ、特に第２のバスバーの内側表面と係合するように構成されている。

【0077】

第１のバスバーの内側表面にはねじ山を設けることができ、第１のバスバー１７ａの外側表面には対応する雄ねじ山を設けることができる。これにより、第１のバスバー１７ａは、第１のバスバーの内側表面との、したがって第１の電極板３とのねじ接続を得ることができる。

【0078】

第２のバスバーの内側表面にはねじ山を設けることができ、第２のバスバー１７ｂの外側表面には対応する雄ねじ山を設けることができる。これにより、第２のバスバー１７ｂは、第２のバスバーの内側表面との、したがって第２の電極板５とねじ接続を得ることができる。

【0079】

図３ａは、バスバーの別の例、すなわち、第１のバスバー及び第２のバスバーの断面を示している。以下に例示されるバスバーは、第１のバスバー１８であるが、この変形例によれば、第２のバスバーは、同じ又は本質的に同じ構成を有し得る。第１のバスバー１８は、第１のバスバー１８の周囲に沿って分散された、径方向外向きに延在している複数の第１のフィン１８ａを含む。各第１のフィン１８ａは、第１のフィンロック構造１８ｂを有する。図示の例では、第１のフィンロック構造１８ｂは、対応する第１のフィン１８ａの長手方向軸に本質的に垂直に又は垂直に延在している。したがって、各第１のフィンロック構造１８ｂは、対応する第１のフィン１８ｂに対して直交する突起である。したがって、各第１のフィンロック構造１８ｂは、第１のバスバー１８のそれぞれの接線方向に延在することができる。第１のフィンロック構造１８ｂのそれぞれは、時計回りに、又は代替の例では、第１のバスバー１８の周囲に沿って反時計回りに移動するときに、後続の第１のフィン１８ａに向かって延在している。

【0080】

図３ｂは、第１の電極板３’及び第２の電極板５’の１つに取り付けられている、図３ａに示されるタイプのバスバーの拡大図を示す。第１の電極板３’／第２の電極板５’は、少なくとも第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第２の電極板の第２の開口部が異なることを除いて、図２ａ～図２ｂを参照して説明したものと同様である。この場合、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａ’及び第２の電極板の第２のバスバー開口部には、径方向内向きに延在している複数の第１の突起又はフィン２９を設けることができる。各第１のフィン１８ａは、径方向内向きに延在している第１の突起２９の対の間に延在するように構成されている。径方向内向きに延在している各第１の突起２９は、それぞれの第１のフィンロック構造１８ｂと嵌合及び係合するように構成されている第１の内側ロック構造２９ａを有する。第１のフィンロック構造１８ｂ及び対応する第１の内側ロック構造２９は、スナップフィット係合を有することができる。第１のフィンロック構造１８ｂは、例えば、ヘッド構造を含み得、第１の内側ロック構造２９は、ウエスト構造を含み得、ヘッド構造は、ウエスト構造によってロックされるように構成され得る。組み立て中、例えば、第１のバスバー１８は、最初に、図３ｂに示される位置で、第１の電極板の第１のバスバー開口部のすべてを通って導かれ得る。次に、第１のバスバー１８は、第１のフィンロック構造１８ｂが対応する第１の内側ロック構造２９と係合するように、時計回りに回転又はねじることができる。

【0081】

この場合、第１の電極板の第２のバスバー開口部及び第２の電極板の第１のバスバー開口部は、好ましくは、対応するバスバーの最大断面寸法よりも大きく作られる。したがって、これらの開口部は、第１のバスバー及び第２のバスバーと機械的に接触しないように十分に大きい。

【0082】

図４ａは、斜視図における第１のバスバー又は第２のバスバーの別の例を示している。この例では、第１のバスバーと第２のバスバーの両方が類似又は同じであってよい。第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第２の電極板の第２のバスバー開口部は、第１／第２のバスバーの断面の包絡線形状、すなわち断面輪郭形状に適合した形状を有し得る。

【0083】

例示された第１のバスバー３１は、互いに固定され、並列に配置されている２つの分離された細長い半分３１ａ及び３１ｂを含む。第１／第２のバスバーはさらに、２つの半分３１ａと３１ｂとの間の距離を調整するための手段を含む。２つの半分３１ａと３１ｂとの間の距離は、第１／第２のバスバーが対応する第１／第２の電極板の第１／第２の開口部に取り付けられた後に有益に調整され、ぴったりとはまり、良好な電気的接触が得られる。図４ａ及び図４ｂに示される例によれば、バスバーは、第１の距離設定アセンブリ３３ａを含む。

【0084】

第１の距離設定アセンブリ３３ａは、それぞれが両方の半分３１ａ～３１ｂを通って径方向に延在している２つの第１のねじ３５ａ及び３７ｂ、並びに４つの第１のナット３５ｂ及び３７ｂを含み、２つの第１のナット３５ｂは、２つの半分３１ａ～３１ｂの間の第１のねじ３５ａに取り付けられ、２つの第１のナット３７ｂは、２つの半分３１ａ～３１ｂの間の第１のねじ３７ｂに取り付けられる。２つの第１のねじ３５ａ及び３５ｂは、バスバー３１の反対側の端部領域／部分に配置され得る。

【0085】

第１のねじ３５ａに取り付けられた２つの第１のナット３５ｂを２つの半分３１ａ及び３１ｂに向かって反対方向にねじ込むことにより、バスバー３１のその端部の２つの半分３１ａ～３１ｂ間の距離を調整することができる。同様に、２つの第１のナット３７ｂを反対方向にねじ込むことにより、バスバー３１の他端の２つの半分３１ａ～３１ｂの間の距離を調整することができる。それにより、バスバー３１は、第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第２の電極板の第２のバスバー開口部にぴったりとはまるように設置することができる。第１のねじ３５ａ及び３７ａは、設置後の調整を可能にするために、電極スタックの外側に有利に配置され得る。

【0086】

図５ａは、第２の電極板５’の別の例を示し、図５ｂは、対応する第１の電極板３’を示す。第２の電極板５’は、図２ａを参照して説明したものと同様である。しかしながら、第２の電極板５’は、下にある金属コアが露出された、露出範囲又は範囲３９を有する。したがって、熱伝導性ポリマーは、露出領域３９で除去されている。露出領域３９は、第２の電極板５’を通って延在している第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａ’と、第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａ’よりも小さい第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂ’とを含む。

【0087】

この例では、第１の電極板は、図５ｂに示されるように、第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａ’が、第２の電極板の第２の開口部２７ｂ’の構造を有し、第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａ’が配置されている対応する位置に配置されており、そして、第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂ’が、第２の電極板の第１の開口部２７ａ’の構造を有し、第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂ’が配置されている対応する位置に配置されることを除いて、例示された第２の電極板５’と同様である。

【0088】

この例では、第２の電極板５’により多くの電流を供給できるようにするために、露出領域３９に複数の第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂ’が存在する。電極システムは、極性ごとに複数のバスバー、すなわち、２つ以上のカソードバスバー及び２つ以上のアノードバスバーを含み得る。これは、ここに開示される実施例のいずれかの変形に適用され得る。

【0089】

例示された電極システムは、複数の導電性スペーサー４１ａ及び４１ｂをさらに含み得る。スペーサー４１ａ及び４１ｂは、例えば、銅又はアルミニウムを含むか、又はそれからなることができる。スペーサー４１ａ及び４１ｂは、本質的に平面であるか又は平面である。各スペーサー４１ａ～４１ｂは、第１のバスバー又は第２のバスバーを受け入れるように構成されている貫通開口部を有する。

【0090】

１つ又は複数の第２の電極板の第２のバスバー開口部２７ｂ’、及び１つ又は複数の第１の電極板の第１のバスバー開口部のそれぞれは、それぞれの２つのスペーサー４１ａ及び４１ｂに関連付けられ得る。特に、２つのスペーサー４１ａ及び４１ｂは、露出領域３９、したがって第２のバスバーの第２の開口部２７ｂ’が設けられている壁と電気的に接続して配置することができる。１つのスペーサー４１ａは、対応する開口部２７’ｂの一方の側に配置され、別のスペーサー４１ｂは、開口部２７’ｂの反対側に配置される。したがって、露出領域３９の前面及び後面の両方が、それぞれのスペーサー４１ａ、４１ｂと機械的及び電気的に接触している。これにより、バスバーが接触している導電性材料の厚さを増加させることができる。したがって、スペーサー４１ａ及び４１ｂは、バスバーの追加の接触面として機能する。これにより、バスバーが電極板と電気的に接触する長さが長くなり、電極板が非常に薄く、大きな電流が電極板に流れる場合に有利である。これにより、バスバーから電極板に流れる電流を増加させることができる。各電極板には、露出範囲と接触して配置されたそのようなスペーサー４１ａ～４１ｂが設けられている。

【0091】

組み立て中、バスバーのすべてのスペーサーは、バスバーの周囲に適切な距離を置いて次々に設けられ、その結果、それらが、例えば、電極スタックの第２の電極板ごとの範囲３９の背面及び前面と機械的に接触して配置され得るようにする。したがって、通常、バスバーの周囲には、特定のタイプの電極板、つまり存在する第１の電極板又は第２の電極板の２倍の数のスペーサーが取り付けられている。同じことが第１の電極板とそのスペーサーにも当てはまる。

【0092】

各バスバーには、両端にエンドスレッドが設けることができる。両端にそれぞれのナット又は同様の固定手段を設け、それらを反対方向にねじ込むことにより、それらは互いに向かって移動し、最終的に電極スタックの反対側にある２つの最も外側のスペーサーを支える。これにより、スペーサーは電極スタックにしっかりと固定される。

【0093】

各第２の電極板５’の第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａ’の上面４３には、熱伝導性ポリマーなどの絶縁材料を設けることができる。これにより、電気絶縁は、第２の電極板の第１のバスバー開口部２７ａ’のバスバーから延在しているスペーサーに対抗して提供され得る。同様に、第１の電極板の第２のバスバー開口部の上面４３には、スペーサーからの電気絶縁を提供するために、熱伝導性ポリマーなどの絶縁材料を設けることができる。

【0094】

図６ａは、別の礼の第１／第２のバスバー４５の斜視図を示している。バスバー４５は、断面においてほぼＨ字型の構成であり、斜視又は長手方向においてはしご構成である。バスバー４５は、平行に延在している第１のバー４５ａ及び第２のバー４５ｂと、第１のバー４５ａと第２のバー４５ｂとの間に延在している複数のラング４５ｃとを有する。第１のバー４５ａ及び第２のバー４５ｂは、典型的には、両方ともカソードであり得るか、又は両方がアノードであり得る。ラング４５ｃは、第１のバー４５ａ及び第２のバー４５ｂに、フレキシブルな又は可動の方法で取り付けられている。代替的又は追加的に、ラング４５ｃはそれ自体がフレキシブルであり得る。したがって、第１のバー４５ａ及び第２のバー４５ｂは、互いに対して移動可能である。この場合、第１の電極板及び第２の電極板は、対応する第１の電極板の第１のバスバー開口部及び第２の電極板の第２のバスバー開口部を有し得る。したがって、これらの開口部はまた、図６ｂの第１の電極板３’’について示されるように、概してＨ字型の構造を有し得る。第１の電極板３’’は、概してＨ字型であり、バスバー４５がバスバー４５を貫通するとバスバー４５を受け入れて機械的に接触して配置されるように構成されている第１の電極板の第１のバスバー開口部２５ａ’’を有する。第１の電極場３’’は、バスバー４５の対応する断面寸法よりも大きい第１の電極板の第２のバスバー開口部２５ｂ’’を有する。次に、図６ａに示されるタイプの第２のバスバーは、第１の電極板３’’との機械的接触なしに、この開口部を通って延在することができる。開口部の形状は、他の例に関して上で説明したのと同様の方法で、第２の電極板上で相互交換される。

【0095】

開口部の形状は、例えば、レーザーによって切断することができる。バスバー４５のフレキシブルな設計により、組み立て中にバスバー４５を電極スタックの開口部に挿入するときに、許容誤差又は位置合わせの問題を軽減することができる。
本発明の概念は、主に、いくつかの実施形態を参照して上で説明されてきた。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、上に開示されたもの以外の実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の概念の範囲内で等しく可能である。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】