特表 2024-542013 水素及び酸素から電気及び水を生成する装置並びに可逆

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-13

(54)【発明の名称】水素及び酸素から電気及び水を生成する装置並びに可逆

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2404 20160101AFI20241106BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20241106BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241106BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20241106BHJP

   H01M 8/1004 20160101ALI20241106BHJP

   H01M 8/1016 20160101ALI20241106BHJP

   H01M 8/0258 20160101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2404

C25B1/042

C25B9/00 A

H01M8/10 101

H01M8/1004

H01M8/1016

H01M8/0258

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525572

(86)(22)【出願日】2022-11-01

(85)【翻訳文提出日】2024-06-27

(86)【国際出願番号】 NO2022050248

(87)【国際公開番号】W WO2023080794

(87)【国際公開日】2023-05-11

(31)【優先権主張番号】20211319

(32)【優先日】2021-11-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NO

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524021039

【氏名又は名称】ハイパー・エナジー・オーストラリア・ピーティーワイ・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】スコムスヴォルド、エゲ・ヨルゲン

【テーマコード（参考）】

4K021

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K021AA01

4K021BA02

4K021DC11

5H126AA02

5H126AA08

5H126AA22

5H126AA23

5H126BB06

(57)【要約】

供給された水素と酸素でＤＣ電気と水を生成する装置が記載されている。装置は、いくつかの電池と整列した少なくとも１つのバイポーラ電池パック（５４）を含み、各々はそれ自身の電解メンブレン（４）がそれぞれの側で触媒電極（１６）と接触する。水は、前記電池内で生成され、そして前記電池から排出され、そしてグランドボックス（６８）によって前記チャネル（２０，２１，５６，５７，２７）を介して出口（２３，２４）に排出されるので、装置は、電池パックを回転することを目的とする回転装置（４３）と、電極を接合回路に接触させるブラシ（４０）とをさらに含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給された水素と酸素からＤＣ電気と水を生成するための装置であって、前記装置は逆にＤＣ電気と水の供給によって水素及び酸素を生成するように構成されており、
前記装置は、
複数の電池と整列された少なくとも１つのバイポーラ電池パック（５４）であって、各電池には各バイポーラディスク（５，６）と電流絶縁シールディスク（１０、１１）に接触する複数の触媒電極（１６）の各側に接触する電解メンブレン（４）がある少なくとも１つのバイポーラ電池パック（５４）、
電池パック（５４）内の一方の側の電極への水素チャネル（２，１２，２７，３１）に通じる水素（２）のためのの入口、
前記電池パック（５４）内の他方の側の電極への酸素チャネル（３，１３，２７，３２）に通じる酸素（３）のためのの入口／出口、
を含んでおり、
少なくとも１つのバイポーラ電池パック（５４）は中空円筒として設計され、前記装置は、前記電池パックを回転させることを目的とした回転装置（４３）、水が前記電池内で生成され、そして前記電池から排出され、そしてチャネル（２０，２１，５６，５７，２７）を介してグランドボックス（６８）を介して出口（２３，２４）に導かれるように、前記電極を接合回路に接触させる複数のブラシ（４０）をさらに含んでいるから、
前記装置は、少なくとも１つのプラスのバイポーラディスク（３３）及び少なくとも１つのマイナスのバイポーラディスクを介して電池パック（５４）を通して伝導される直流電流を生成するか、又は水とＤＣ電流の供給によって水素及び酸素を生成するように構成される。

【請求項2】

それぞれが外部回路を介して前記電池パック（５４）への／からのＤＣ電流に接続されたプラスのブラシおよびマイナスのブラシ（４０）を備え、
プラスのブラシは各側で電池パック（５４）に接触しているプラスのバイポーラディスク（３３）に接触しているＥＬ導電性ボルト（３５）に接触し、他端のセルパック（５４）は共通のマイナスの接地電位（３６，４８，５９，６４）にさらに接触している、高圧に適応した請求項１に記載の装置。

【請求項3】

シーリング固定子ディスク（４７，６５）によって支持され、ＥＬ絶縁エンドキャップ（２４，４５）のあるＥＬ絶縁保護チューブ（５２）と、ここで空気は保護チューブによって各端（５０，５１及び６１，６２）へ及びから導かれ、電池パケット（５４）内の温度を平衡させるために支持シリンダ（５９）の周囲に向けられる、温度制御流体のある温度制御用の複数のノズル（５３、５５）とをさらに備え、前記温度制御流体は少なくとも一つの出口（６０）に導かれる、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記水は水蒸気の形態であり、前記装置は高圧及び高温に適合される、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項5】

前記電池に向かう前記前述のバイポーラディスクの表面は、多孔質であり、そしてメンブレン（４）及び液体電解質に接触するため、前記バイポーラディスク（５，６）は、回転方向の後方に軸方向に曲げられたラジアルショベル（１７）のある電極（１６）を形成する、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項6】

前記メンブレンディスク（４）は、各電池のバイポーラディスク（５，６）の助けを借りて液体電解質で湿った状態に保たれる隔膜ディスクであり、それは回転方向において軸方向に後方に曲がった羽根（１７）を備え、前記メンブレン（４）の両側に接触する電極（１６）を形成する、請求項１、２又は５に記載の装置。

【請求項7】

前記電池（１２，１３，２０，２１）への／からの前記上述のチャネルは、回転方向において径方向放射状かつ後方に曲げられており、ここで、前記上記のガスチャネル（１２，１３）は、関連する軸方向の収集チャネル（３１，３２）の内周に入り、そして水／蒸気チャネル（２０，２１）は、関連する軸方向の収集チャネル（５６，５７）の外周に入る、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項8】

前記メンブレン（４）及び／又は電極（１６）は、触媒的にコーティングされており、及び／又は、電解可能な液体水中での使用に適合された触媒、又は水蒸気相での使用に適合された触媒を含み、それぞれ低温又は高温に適合されている、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項9】

前記メンブレン（４）は、Ｈ^＋プロトン伝導性又はＯＨ^－アニオン伝導性であり、そして液体電解質及び／又はポリマー又はセラミック材料を含む、請求項１、２又は８に記載の装置。

【請求項10】

少なくとも１つの電池パック（５４）内の中央の部屋は、１つが水素用、そして１つが酸素用の２つのガスセパレータを収容するように配置され、ここで、前記ガスは、中央に向けられ、そして各セパレータから出入りし、そして前記水は、チャネルを通って外向きに導かれ、水は、周辺の各収集チャネル（５６，５７）へのチャネル内で外側に向けられる、請求項１又は２に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

以下の発明は、装置が供給された水及び電気から水素及び酸素を製造するプロセスを逆にすることができるように、加えられた水素及び酸素からの電気の製造及び水生成(water production)のための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池から電気生産を生成するための現在の装置は、多重電池を備えたバイポーラ電池スタック、又は必要な絶縁体と水素及び酸素が供給されるすべての媒体チャネルとを含有し、化学的及び触媒的にガスを電気と水蒸気に変換する電池パックを含む。燃料電池は、低温（ＬＴ）燃料電池及び高温（ＨＴ）燃料電池の両方が使用可能である。これらの電池スタックは、現在のところ静的であり、そして大気圧に近い圧力で動作するが、これには欠点がある。

【0003】

Ｈ_２及びＯ_ｚが電池内のそれぞれの触媒電極と接触すると、固体又は液体のプロトン伝導性電解質（Ｈ^＋）との反応により、酸素側のアノード／電極上に水蒸気が生成され、又は、固体又は液体の陰イオン伝導性電解質（ＯＨ^－）では、水素側のカソード／電極上に水蒸気が生成される。どちらの場合も、電池電圧（Ｖ）に応じて、電流、水蒸気、及び多かれ少なかれ熱が発生される。水蒸気は体積を必要とするため、その蒸気が形成される電極とガスとの接触は減少する。これは、損失、減少された容量、及び電気生産の代わりに高い熱生産をもたらす。

【0004】

最初は、ガスへのより多くなアクセスを提供するために、圧力を上げて、蒸気の代わりに生成された水が電極上で液体の水として形成されるようにすることが有益であろう。問題は、今日の静的燃料電池が１Ｇの重力でしか動作せず、そのため、生成された水が多量に電極上に残り、ガスの供給が妨げられることである。ギブズの自由エネルギーによれば、燃料電池の理論的効率は、水蒸気の代わりに液体の水を形成することによって、そして電極表面から過剰な水の除去を可能することによって、１６．２％増加する。

【0005】

現在の燃料電池は、プロセスを逆転させることとの組み合わせるのが難しいため、供給される水と電流（ＥＬ）とによって水を水素と酸素とに分解することにより、水電解装置としても使用できまる。この組み合わせの課題は、静的電解槽では、電極上及び水を通してのガス遮断損失を避けるために、生成されたガスに対してはるかに多くの容積が必要になることである。これは、今度、燃料電池を大きくし過ぎて、そして、これを組み合わせた装置では不経済になる。

【0006】

一方、今日では、ＳＯＣ（固体酸化物電池）だけが、ある程度より優れた可逆的な可能性を持っている。複合セラミックのようなメンブレン電極（membrane electrodes）が採用される燃料電池モード及び電解槽モードの両方で動作するたには、非常に高温、低圧、そして水蒸気相で動作させなければならない。課題は、現在では、高温であること、及び、現在のオペレーション及び比較的大きな装置では、反応中に１Ｇで放散するのが難しい点温度上昇があることとである。これは、触媒及び電極間の電解質薄メンブレンの劣化、及び、さらなる熱と電池の故障をもたらすでろう当該メンブレンからのガス漏れをもたらす。ＳＯＣがより高い圧力及びＧに適応されると、電池内により高い対流をもたらし、そして、熱、水蒸気、ガスをよりよく分散させ、そして、ＳＯＣをよりコンパクトし、そして今度は、電池内の温度バランスと電池内外への熱の輸送とを改善し、そして、より高い効率、より高い柔軟性及び出力密度を提供する。

【発明の概要】

【0007】

本発明の目的は、既知の静的燃料電池よりも効率が高く、安全性の基準を改善する、水素と酸素を用いた電気生産のためのコンパクトな装置を製造することである。

【0008】

装置は、回転可能に配置されたバイポーラ電池パックです。装置は、低温燃料電池の圧力と温度に適合させることができ、そこでは、電池パック内の各電極のひとつに液体の水を形成することができ、それは、一定の回転の間、外周に向かって連続的に飛ばされ、そして、触媒と適合された各電極でのガスの接触に対して著しくより高い活性領域を提供する。装置は高温燃料電池として設計することもでき、そこでは生成された水は水蒸気相になるであろう。電池パックの回転は、高いＧと、電池内によりよい対流とを提供する。どちらの場合も、性能、効率、出力密度は増加し、そして燃料電池スタックを大幅によりコンパクトにさせ、そして電池内の温度バランスを改善するであろう。回転と高いＧは、電気と、水素と酸素に変換される水とを供給することのプロセスを逆にすることによって、燃料電池を装置及びプロセスと組み合わせて水電解槽にすることが比較的容易であることを意味する。

【0009】

これは、添付の説明及び特許請求の範囲による装置によって達成される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

添付の図面を参照して本発明を詳細に説明し、ここで本発明の追加の特徴及び利点は、その後の詳細な説明で述べられる。

【0011】

【図1】図１は、発明の原理的な実施形態を示し、ここにおいて、回転軸に沿った沿った切り込みと回転装置の半分が示され、他の半分は回転の縦軸の片側に沿って現れる半分の構造の鏡像であり、並置された電池スタックが回転軸の周りに中空の円筒形を形成し、そして電池（cell）の主要な詳細が強調表示されている。

【0012】

【図2】本発明の原理的な実施形態を示しており、ここにおいて、図１と同様に、回転軸に沿った切開部及び回転装置の半分が示され、図１と図２の両方からの参照番号とともに、２つの電池パケット、チャネル、ローター内のチャンバー、及びローターと接触するグランドボックスと電源接続を備えたローター周囲の静的部品が示されている。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１及び図の簡単な説明によると装置の縦断面を示し、そこには、水素チャネル２及び酸素チャネル３はそれぞれの専用チャネルから回転軸１に提供され、それぞれが径方向外側にいくつかのチャネル２，３に分岐し、そして、さらに電池内のいくつかの軸方向の収集チャネルに分岐し、そこからチャネルが水素と酸素をバイポーラ電池スタック／電池パックの電池の両側に向け、そこではその中の全てのパーツは、回転軸１に垂直であり、そして、内径と外径を備えており、これらの内径と外径が合わさって、回転軸１の周りを中心にして配置かつバランスがとれた中空円筒形の電池パックを形成する。図の例では、それは、正（＋）と負（－）のバイポーラエンドディスク（bipolar end disc）５からなる５つのバイポーラディスクからなり、片面のみがそれぞれ電池スタックの最初と最後の電池に面する。他の中央バイポーラディスク６は各電池に向かって両側にあり、それらは一緒になってそれらの間に４つの電池を形成し、各電池内にメンブレンディスク（membrane disc）４がある。表示されているよりもはるかに多くの電池が存在するし得る。メンブレンディスク４は、電解質であり、そして、アルカリ性又は酸性であることができ、補強の有無にかかわらずプロトン又はアニオン伝導性に適合され、そしてＬＴ（ポリマー）又はＨＴ（セラミック）に適合される。メンブレンディスク４の各面は、触媒コーティングすることができ、そして、それは、各バイポーラディスク５，６と接触する多孔質又は織物材料であるＥＬ導電性材料を伴った支持ディスクに接触又は取り付けられることができる。前記多孔質ディスクは、メンブレンディスク４の両側に電極（アノード及びカソード）を形成する。図の電池スタックは、詳細を示すために引き伸ばされており、通常、これは一緒に押し付けられ、そして、回転軸１の周りを中心にして配置され且つバランスがとれた中空円筒形を形成し、各電池の内周と外周に沿ってシーリングとＥＬ絶縁が施される。装置が燃料電池モード又は水電解槽モードであるかに応じて、各電池内のメンブレンディスク４の各側から／に（from/to）、出口／入口水９に向かって／から（towards/from）、内側／外側に分岐する、周辺の外周内に多重の軸方向（mutiple axial）の気体２，３と水のための専用チャネルがある。

【0014】

ＬＴ燃料電池モードまで起動すると、電池は最初にメンブレン４を湿らせる水で満たすことができ、これは、一定の回転の間、チャネル２からの水素とチャネル３から酸素とが、各電池内のメンブレンディスク４の両側に（図２に示される）各グランドボックスを介して同じかつ適合した圧力で加圧されると、水は、電池パックの周辺の外側のいくつかの軸方向の水収集チャネル（water collection channels）８へと外側に押し出され、そして、電極５，６とは接触しない。過剰な水は、回転軸１で装置からの専用の出口／入口水チャネル９に接続された水収集チャネル８の周囲からそらさる。水が電池から追い出され、そして燃料電池が電池を介してＥＬ生成を伴う通常運転に切り替わると、水滴７はメンブレン４に向かって電池内の電極の一方の側に形成され、水は反応によって形成され、そしていくらかの水がメンブレンディスク４中に引き込まれ、そして過剰な水はメンブレンディスク４及び電極から遠心分離され、そして収集チャンバ８の方に外側に排出されるので、直ちに遠心分離されるか、又は水収集チャネル８の周囲に向かって外側に投げ飛ばされる
電池内へのガス２，３の適合された回転及び圧力によって、ＬＴにおける水収集チャネル８は、水が電池から生成されることから一定の表面半径を有する水トラップとしても機能する。この過剰な水は、（図２に示される）適合したグランドボックス６８を介して、回転軸１における回転装置から出口／入口水９で排出される。

【0015】

ガス供給と同時に、電池スタックはＤＣ電流を生成し、ここでは＋／－は回転軸の両端にある個別のスリップリングに導かれる（図２に示す）。回転軸における各端にある個別のスリップリングに導かれます（図２を参照）。＋／－スリップリングはそれぞれの静的ブラシと接触し、接続された回路に電流（図示せず）を導く。バイポーラ電池スタックからの電池電圧（Ｖ）、各電池の電池電圧は加算される。電流（Ａ）は、電池の数に関係なく、電池スタックの至る所ですべての電池で等しくなる。これは、ＤＣ電圧と電流が供給される電解槽モードでも同様です。

【0016】

ＬＴでは、プロセスを逆にして同じ電池スタックが水電解槽になるようになる手順は次の通りである。回転中、出口におけるガス２．３の圧力は低減されるので、水収集チャネル８を介して入口９からの水は、水収集チャネル８からメンブレンディスク4の両側にある径方向の（radial）チャネルを介して電池を満たす。次に、ＤＣはそれぞれの＋／－ブラシ、同時に電流（Ａ）を供給するカスタム電圧（Ｖ）の＋／－バイポーラエンドディスク５を介して印加される。同時に、水素と酸素が電池内のチャネル２，３から燃料電池に前もって供給されていた場合、継続的に供給さる水９を分裂ることによって、正しい流れの方向（Ａ）で、同じガスが電池内の同じ場所で生成される。高いＧは、メンブレンディスク４とその電極５、６上に形成される水素と酸素のガス泡に大きな浮力を与え、そこではガス泡は急速に脱離され、水を通って中心に向かって内側に急速に推進され、そしてガスチャネル２，３へと外に出る。カスタム/調整された圧力出力（presuure out）では、電極の内半径内に中空円筒形の地下水面（water table）が形成され、ガスのみがチャネル２，３中に出力される。圧力出力は、入口９から地下水面の半径までの水柱の半径の遠心力に等しい。回転数が高くなるほど、ガス圧力を高く調整することができ、一方、９内の水圧を高めることで、装置は水９を吸い込んだり、又はガス圧を高めることができる。同時に、電池パックはガス分離器としても機能し、現在の水電解（water electrolysis）プラントではガス分離器は電解槽の外側にある大きなタンクであり、装置では省略できる。したがって、装置は安全性の基準を向上させる。装置は非常に高い電力密度を備えた超小型であるため、ローターのすぐ外側で爆発性ガスが継続的に検出されるまで、爆発性ガスの量はほとんどない。もし、一方のガスが他方のガスに４％を超えて存在すると、即時停止して生産ガスを廃棄する必要がある。

【0017】

図１の強調表示しているＡは、ＬＴにおける燃料電池モードでの質量流方向と、原理的にＬＴとＨＴの両方で電池パックの完全な組み立てがどのように行われるかを示している。

【0018】

電池パケットはバイポーラエンドディスク５と中央バイポーラディスク６を含み、図１では中央バイポーラディスク６の両側をそれぞれ６Ａ、６Ｂとして示し、回転方向を外周の矢印とする。一連のチャネルのバイポーラ電池パックを形成している、電池に向かうバイポーラエンドディスク５の表面は６Ｂに等しく、及び、電池に向かう第２の電池パック端上のバイポーラエンドディスク５の表面は６Ａに等しい。電池パックのすべての部品は、内周と外周の間の領域に同様の穴を有し、組み立てられると、内周に軸方向のガス収集チャネル２，３を形成し、外周に軸方向の水収集チャネル８を形成する。内周と外周では、組み合わされたシーリングＥＬのそれぞれの内側及び外側絶縁ディスク１０，１１がバイポーラエンドディスク５，６の各側に配置される。内側絶縁ディスク１０はバイポーラエンドディスク５，６と同じ内径を有し、そして内側円形水素分配チャネル１５の等半径を超え、そして電池の反対側では内側円形酸素分配チャネル１４の内側半径までである。外側絶縁ディスク１１はバイポーラディスク５，６と等しい外半径を有し、そして内側には水素水用の外側円形分配チャネル１８の外半径まで、そして、電池内の反対側では酸素水用の外側円形分配チャネル１９の周囲まである。これらのガスは、軸方向の収集チャネル２，３からそれらのそれぞれの水素用の径方向の電池ガスチャネル１２及び酸素用の電池ガスチャネル１３を介して導かれ、それらは電池の両側の円形チャネル１４，１５中に導かれる。水素水用の電池水チャネル２０及び酸素水用の電池水チャネル２１は、電池と水のため集水チャネル８との間を放射状（radialty）に走り、そして、さらにチャネルアウト／イン９内を走り、ここで、各電池水チャネル２０、２１は外側円形分配チャネル１８，１９から６Ａ及び６Ｂの周囲で矢印で示される回転方向に対して後方に曲げられた方向に走り、そして、各電池水チャネル２０，２１は、集水チャネル８の周囲に入り、そして、ガスが反対側のガスに行くことを制限することを制限する水トラップを形成する。例えば、電池水チャネル２０内で１０００Ｇ、及び、集水チャネル８の底の水面２２まで５ｍｍの場合、１Ｇで約５メートルの水柱、又は約０．５バールのバランス圧力に対応する相当する。

【0019】

端部の外側に向かうバイポーラエンドディスク５の残りの部分及び中央バイポーラディスク６内は、気密であり、そして導電性である。メンブレンディスク４はバイポーラディスク５，６と同じ外径及び内径を有することができるが、内側絶縁ディスク１０と外側絶縁ディスクとの間の距離以上の直径であり、それらの間では、メンブレンディスク４は、所定の位置に共に密閉及び保持するために、押圧又は固定されなければならない。メンブレンディスク４は、内側絶縁ディスク１０の外周と外側絶縁ディスク１１の内周との間の半径領域内でのみ活性化／触媒作用を行うので、メンブレンは、二つの外側絶縁ディスク１１及び二つの内側絶縁ディスク１０の間に配置された領域内では活性化されない。活性化領域におけるメンブレンディスク４の各側には、多孔質導電性電極ディスク１６が、ＥＬ導電性手段及び多孔性手段で、メンブレンディスク４に接触又は取り付けられている。

【0020】

電極ディスク１６はさらに、各内側絶縁ディスク１０の外周と外側絶縁ディスク１１の内周との間に支持され、この径方向領域（radial area）においてそれぞれのバイポーラディスク５，６と接触して組み立てられる。電極ディスク１６は、それぞれの内側絶縁ディスク１０及び外側絶縁ディスク１１と同じ厚さであり、それぞれのバイポーラディスク５，６と接触して密閉し、ＥＬ絶縁を提供する。

【0021】

図１は、電池パックのアノード側及びカソード側への共通水収集チャネル８を示す。また、電池スタックのアノード側のみに共通水収集チャネルがあり、カソード側のみに同数の水収集チャネルがあり、各水チャネルが同じ又は別のシャフトの出口／入口９（図２に示される）にある場合もあります。終わります。アノード側にのみ共通集水チャネルがあり得り、そして、各水チャネルが同じ又は別のシャフトの出口/入口９（図２に示す）を伴った電池スタックのカソード側にのみ同じ数の集水チャネルがあること。

【0022】

これまで、メンブレンディスク４は、電極（アノード、カソード）を形成する多孔質電極ディスク１６が両側に取り付けられた触媒コーティングを有することができるという事実によって説明されてきた。しかし、メンブレンは、触媒及び多孔質電極ディスク１６（図示せず）がなくても完全に清浄にすることもできる。代わりに、バイポーラディスク５，６は、電極ディスク１６として機能することもでき、そして電極ディスク１６を有し、側面６Ａ，６Ｂとして示したものと同様に電池に向かう多孔質表面として指定され得るので、ショベル（shovels）１７は、メンブレンディスク４と接触している電池に向かって軸方向さらに内側にあり、そして、有利に回転方向に軸方向に後方に曲げることもでき（図示せず）、両方とも絶縁ディスク１０、１１のためのスペースを作るが、また、ショベル１７が、以前に多孔質電極ディスク１６が有していた空間の一部を置き換える。電極ディスク１６を伴う現在の組み合わされたバイポーラディスク５，６は、気密でなければならず、そして、電池端に向かって、及び電池パケット内の各電池間で、導電性でなければならない。バイポーラ電極５，６は、気密性カーボン、ニッケル、耐酸鋼、チタンもしくは複合材料（comoosite）、セラミック、又は、ＬＴもしくはＨＴに適合され、触媒特性もしくは電池に面している側面の活性領域内に有益な触媒でコーティング／ドープされたものを同時に持ち得る他の耐性のある導電性材料からなることができる。組み立てる際には、バイポーラ電極５，６間には良好な接触面が形成され、各電池の両側に電極ディスク１６及びメンブレンディスク４がある。同時に、この溶液は、回転中の高Ｇにおいてメンブレンディスク４に良好な支持を提供するとともに、静止溶液と比較して同じ長さではるかに多くの電池のためのスペースを提供する。ＬＴで現在一般的に使用されているプラチナより劣る触媒、又はＨＴによるＮｉ（Ｏ）ＹＴＺとの併用又は他のメンブレン触媒方法を用いても、装置の減少された体積が減少されたオーミック抵抗を提供するので、これは容量を増やすか、又は同じ容量では静的装置と比較してより良い効率を提供する。

【0023】

電極及びメンブレンは、メンブレンは、白金、イリジウム、ニッケル、コバルト、鉄、イットリウム、ジルコニウム、ストロンチウム、ランタン、マンガン、触媒及び触媒合金と同様の特性が知られている酸化材料の任意の形態又は組み合わせの触媒でコーティングすることもできる。電極１６を備えたバイポーラディスク５６の酸素側では、それらとメンブレンディスク４の両方を触媒でコーティングする必要性が非常に高い。水素側でも同様であるが、酸素側に比べて反応が比較的軽いため、より少量である。生成された水も電極上に薄膜として沈降し、メンブレンに浸透して、電池内の短い距離で電解質として機能する。バイポーラ電極の多孔質表面は、活性電池表面に向かって触媒でコーティングすることができ、さらにその表面を薄い固体電解メンブレン（solid electrolytic membrane）膜でコーティングし、そこではそれはアノード側とカソード側の間の主メンブレンディスク４と接触し得り、又はそのような主メンブレンディスクがなくて、各電極からのメンブレンが互いに直接に接触し、又は他のバイポーラ電極が電池のバイポーラディスク電極の１つに適用されたメンブレンと接触し、又は組み立て中にカスタムの多孔質及びEL導電性多孔質ペーストを使用して一緒に取り付けられる。これにより、アニオンやプロトンが多孔質表面から伝導されやすくなり、比較的大きな活性領域からメンブレン（membrane）を通ってさらに伝導されやすくなる。水素／酸素もまた、それぞれプロトン又はアニオンへのアクセスの向上、及び外部回路を介した電子へのアクセスへの向上によって、ＥＬと水にさらに容易に変換される。

【0024】

これまで、電池パックは、電池パックと等しい外径及び内径を有するバイポーラディスク５，６によって支持されるという事実によって説明されてきた。しかし、バイポーラディスクはより小さい内径及び外径を有してもよく、そして、その代わりにバイポーラディスクが以前にあったスペース（図示せず）を置き換える電気絶縁及び密封ディスクによってそこで支持される。バイポーラディスク間の内側絶縁ディスク１０及びシーリングに加えて、内側の周辺における最も外側のガス水素チャネル２から。周辺でも同様であり、外側絶縁ディスク１１は集水チャネル８のすぐ内側から外周まで半径内にあり、前の通りにそれらの間にシールリング／絶縁を伴う同じ領域内のバイポーラディスク５，６について示されるのと同様である。径方向の（radial）電池ガスチャネル１２，１３及び電池水チャネル２０，２１は、６Ａ及び６Ｂに示すように、新しい絶縁体ディスク内に配置することもできる。その他の点で、電池パックは、図１の強調表示Ａに示され、そして説明されているものと同様であり得る。

【0025】

隔壁（diaphragm）４上に触媒及び多孔質電極ディスク１６及びバイポーラ溶液内では、内側及び外側絶縁ディスク１０、１１は、それらの外周及び内周の外側でバイポーラエンドディスク５上で結合されたバイポーラディスク及び電極ディスク１６と同じ厚さであり、そしてバイポーラエンドディスク５の間の外周及び内周の外側で、中央バイポーラディスク６の軸方向の厚さの半分だけ減少する。したがって、電池パックが組み立てられると、電池及び絶縁ガスケットの両方が互いに接触し、そして絶縁ディスク（discs）は電池パックの内側と外側を密閉し（seal）、径方向に電気絶縁を提供するため、ＥＬ電流（Ａ）バイポーラエンドディスク５＋／－を介してのみ電池パックを通過することができる。最後の解決策では、電極ディスク（discs）１６はバイポーラディスク及びメンブレンよりわずかに小さい直径を有する。メンブレンはバイポーラディスク５，６と同じ直径を今は持つことができる。したがって、内側及び外側絶縁体ディスク１０，１１は、電極ディスク１６の周囲に挿入することができ、そこではメンブレンディスク４のみがバイポーラディスクと同じ直径を有し、そして、非常に薄く、２つの絶縁ディスク１０，１１の間に密封されているメンブレンディスク４の反対側に、均等に組み合わされたシーリングディスクと内側及び外側絶縁ディスク１０，１１を取り付けることによって、一緒にクランプされ、そして塞がれる。

【0026】

内側絶縁ディスク１０は、表示されたガスチャネル２，３の内側及び／又はそれらの間もしくは外側（図示せず）に径方向にいくつかの穴を備えて構築することもでき、そこではこれらの穴は専用のチャネルを介して１つの入口グランドボックスとシャフトによって出口用の別のグランドボックス (図示せず) に接続された軸方向の冷却チャネルを形成して組み立てられる。水電解槽モードでは、これは高圧で乾燥しやすいガスに、良い冷却を提供する。ガス２，３からの凝縮水は、高Ｇのガスチャネル（図示せず）から電池にすぐに戻される。冷却された酸素は、圧力が高くなるほど乾燥し、酸素チャネル３から出てくる物質に対する酸化も減少し、そしてローターとその先のチャネル内に貴金属をコーティングする必要なく、圧力を高めることができる。前記水冷却チャネルが中央にある水電解モードでは、水の一部は排出されることができ、そして残りは集水チャネル８の周囲への表示された電池水チャネル２０，２１のものと同様に、周辺水トラップ（図示せず）を介して、周辺のそれぞれの水収集チャネル８に導きられる。

【0027】

バイポーラディスクが絶縁ディスク１０，１１で電池パックの内周及び外周の外側に向かって絶縁されていないとき、電池パックの外周及び内周の全体に沿ってＥＬ絶縁及び密閉材料の中空円筒も存在し得る。図２は、原則として、回転軸１に沿った縦断面を示し、当該装置はこの片側が示されており、図１及び図２の両方に参照番号を付している。

【0028】

装置は、燃料電池モードのＬＴ及びＨＴの両方について、ガスの場合は点線の矢印の方向、水／蒸気の場合は全体の矢印で示されています。装置が電解槽モードに戻されると、矢印の方向は逆になる。

【0029】

回転装置は、中央にプラス（＋）のバイポーラディスク３３を備えて示されており、セルパック領域ではバイポーラディスクの側面６Ａ及び６Ｂと同様に設計され得るが、回転軸１には全ディスクがあり、両側には電池パック５４があり、ここでは電池パック５４は図１に示され説明されており、そして、ＥＬ電流を、電池パック５４を介して、接地電位と接触している電池パック５４の他端の接地電位（-）へ／から（to/from）伝導するために、電池パケット５４は＋バイポーラディスクの両側に対向して配置されている。電池パケット５４は、燃料電池モードでは電池へ、そして電解槽モードでは電池からのいくつかの軸方向の水素及び酸素収集チャネル３１、３２を含む。また、周囲には、電池パケット５４の水素側５６へ／からいくつかの軸方向の共通水／蒸気収集チャネルがあり、そして半径外側には酸素側５７へ／からいくつかの軸方向の共通水／蒸気収集チャネルがあるが、電池パケット５４の水収集チャネル５６の間では接線方向にある。内周におけるガス収集チャネル２，３の位置は、バイポーラディスク側６Ａ及び６Ｂのガスチャネル２，３について示されたものと同様であり、そして水収集チャネル５６，５７はそれぞれ水収集チャネル８について示されたものと同様である。それ以外の場合、チャネルを含む電池パケットは、図１に示され、先に説明されたものと同様であり得る。電池パケット（packets）５４の外周の外側では、それらはＥＬ絶縁及び密封中空円筒５８によって囲まれ、それはさらに中空の支持円筒５９によって回転軸１のあたりに中心が置かれ、囲まれ、支持され、支持円筒５９は、図に示すように導電性金属のものであることができ、かつ、マイナス／接地電位にあり、又は、追加のマイナスブラシ（不図示）を用いて、エンドキャップ流体側（end cap fluid side）６４に接触するシャフトパイプダクト２９に対して導電性又は絶縁となる複合材料のものであることができる。さらに、支持円筒５９は、ＥＬ側（EL side）の別個のエンドキャップ４８及びエンドキャップ流体側（side）６４によって内側の両端で支持されており、そしてそれらは導電性材料で作られ、各電池パケット５４のマイナス／接地電位で支持円筒５９及びバイポーラエンドディスク５と接触している。エンドキャップ４８，６４は、各エンドキャップ４８，６４の軸方向の外側で支持円筒５９の内側にある対応するめねじ（internal threads）に嵌合している外ねじ（outer threads）を有するロックナット４９，６３によって、支持円筒５９の端部の場所に垂直に保持される。

【0030】

水素及び酸素収集チャネル３１，３２を備えた電池パケット５４の内周には、ケット５４内で高圧で内側に支持する絶縁及び／又は中空の金属円筒又は絶縁複合材（図示せず）の両方があり得る。ＬＴでは、エンドキャップは、ＨＴでの追加のシーリング又は同様の耐熱シーリングのために周囲にＯリングを持ち得る。前記ＥＬ絶縁及び密閉中空円筒５８は、エンドキャップがその上に押し付けられたときに密閉するように適合させることもできる。それはまた、電池パケット（packets）５４が回転装置内で一緒に圧縮され、そしてカスタム圧力でエンドキャップ４８，６４に対してロックナット４９，６３でロックされるときに、密閉ディスクを用いても密閉される。各軸方向の収集チャネル３１，３２，５６，５７は、図示のように異なる直径で配置されている。収集チャネル（channels）に向かうエンドキャップ流体側６４には、エンドキャップ流体側６４に向かう各収集チャネルに密閉を提供するために、最も内側のチャネル内及び最も外側のチャネルの外側（図示せず）で、各チャネル間に対してＯリングを配置し得る。Ｏリングの間には、回転軸１にあるグランドボックス６８を介して出口又は入口から流体を輸送するために、各収集チャネル２，３，２３，２４の直径に適合する円形の溝（図示せず）がある。

【0031】

電池パケット５４への／からの（to/from）流体チャネルを有するエンドキャップ流体側６４には、図１の電池パケット５４の外側及び内側絶縁ディスク１０，１１と同じ半径のシーリングディスクを挿入するための円形の溝（図示せず）を配置することもでき、回転軸１でのグランドボックス６８を介して、出口へ、又は入口からの液体のチャネル２，３，２３，２４内での輸送するための等しい穴（holes）を有する。内側収集チャネル３１，３２は等しい直径を有することができ（図示せず）、１つおきの穴は一方のガス用であり、その間の穴は他のガス用である。エンドキャップ流体側６４で述べたように、電池パケット５４（図示せず）からの軸方向のチャネルと等しい各流体の等しい穴及び直径を有する、締め付けられた絶縁ディスクが使用されるときには、同様のことが、外周（図示せず）の水／蒸気収集チャネル５６，５７についても行うことができる。

【0032】

第２のエンドキャップ４８と接触するバイポーラエンドディスク５及び／又は外側及び内側絶縁体１０，１１は、流体収集チャネル３１，３２，５６，５７のための穴を有さない。

【0033】

エンドキャップ４８，６４は、流体側及びＥＬ側２９、３６の各中心中空シャフトに取り付けられた中央にあり、各中心中空シャフトは軸方向に適合した長さで突出し、そこではベアリングＥＬ側３８及びベアリング流体側（side）６７は、軸受ＥＬ側３８及び軸受流体側６７は、ＥＬ及び流体側２９，３６における各シャフトの軸方向で最も内側であるＥＬ及び流体側３７、６６の動的密閉（dyanmic sealing）の外側に配置される。ベアリングは、各端部で別個の固定子ディスク４７、６５内にさらに支持されるボールベアリングであってもよい。固定子ディスク４７，６５は、ローターの支持シリンダ５９よりわずかに大きい直径を有し、そして固定子ディスク４７，６５は、固定子ディスクを囲み、グランドボックス６８、＋／－ブラシ４０及びELモータ４３によって装置全体を保護する絶縁保護固定子チューブ５２によって、流体及びEL側２９，３６においてそれらのシャフトに垂直な周辺に固定される。保護回転子チューブ５２は、各端にその固定子端キャップ流体と、密閉及び絶縁するＥＬ側２５，４５とを有する。固定子端キャップＥＬ側４５は、回転のための装置ＥＬモータ４３への電気配線 (図示せず)のためのブッシュと、その＋／－ブラシ４０の各々のためのワイヤとを有する。流体側の回転子エンドキャップ２５の他端には、装置の流体チャネル２，３，２３，２４に接続するための流体パイプのブッシュが、装置のシャフトパイプチャネル２７から／への（from/to）流体のためのグランドボックス６８のスループットチャネルを介して接続されている。流体パイプの外側は、固定子端キャップ２５内の通路を密閉する。保護固定子チューブ５２は透明であることができ、そしてＬＴによるアクリルチューブ又はＨＴにおける絶縁耐温材料であることができる。

【0034】

ベアリングＥＬ側３８の外側のＥＬ側３６における電動シャフトの端には、導電性スリーブが押圧されて中心に配置され、それはスリップリング接地３９であり、そしてそれはＥＬ側３６でシャフトと接触し、そしてその固定子ディスク４７の外側に取り付けられたブラシハウジングの接地電位（マイナス）上の＋／－ブラシ４０と径方向外側で接触する。＋ブラシ（brushes）４０は、それらのブラシハウジングを介して、ＥＬ絶縁ブラシワッシャ４６に取り付けられ、そこでは＋ブラシは中央の＋バイポーラディスク３３に取り付けられた＋導電性ボルト３５と接触している。プラス側は、エンドキャップ４８、ＥＬ側３６のシャフト、ＥＬ絶縁ブラシワッシャー４６、及びＥＬモーター絶縁体４２とＥＬモーター４３との間を介して、電池パケット５４内（within）で、ロータの内部（inside）で、径方向に電気的に絶縁されている３４。ＥＬモータ４３及びＥＬ絶縁ブラシワッシャ４６は、ＥＬ絶縁ブラシワッシャ４６及びＥＬモータ４３の適切な間隔及び中心合わせのために、複数のボルト、及びボルト（図示せず）上の距離スリーブ（sleeves）４４によって固定子ディスク４７に取り付けられる。＋／－ブラシ４０は、上述したように、動作モードに応じて、電池パックへ／から（to/from）ＥＬ ＤＣ用のそれぞれの＋／－ワイヤ（図示せず）に接続する。電池パケット５４が一緒に押圧されると、それは同時に＋ボルト３５がロックされ、ベアリング流体側６７とベアリングＥＬ側３８との間に懸架された回転装置の回転のために、ボルト３５をＥＬモータ４３に取り付けることができるようになる。＋ボルト３５の周囲の絶縁体３４は、絶縁体及びエンドキャップ４８とＥＬ側３６の内側シャフトとの間で、その周囲を同時に密封する手段に適合される。回転装置に回転を与えるためのＥＬモータ４３へのＥＬワイヤは示されていない。純粋な空気は、ファンにより空気入口ＥＬ側（side）５０及び空気入口流体側（side）６１に保護ステータチューブ５２を介して、空気入口ＥＬ側５０内の室へ、そして空気入口流体側６１のために供給され、そして、パイプ内のそれぞれの空気出口ＥＬ側（side）５１及び空気出口流体側（side）６２を介して建物外に供給される。

【0035】

各側からの空気を連続的に測定し、所定の値を超えるあらゆる水素含有量を検出すると、装置は自動的に停止する (図示せず)。

【0036】

流体側では、シャフトパイプダクト２９は中空であり、互いの中に小さな直径のいくつかの挿入された流体パイプ（fasteners）２８を有し、互いの中に小さな直径のいくつかの挿入された流体パイプ２８を有し、それは、一方の端部の外側ではエンドキャップ流体側６４の内側で異なる軸方向長さ密閉及び締め具３０なので、最も薄い内側パイプは、図示のように、エンドキャップ流体側６４の最も内側にあり、そして最も太いパイプは、エンドキャップ流体側６４の内側の最も近いシャフトパイプダクト２９に軸方向に最も近い封止及び締め具３０で取り付けられる。他の流体パイプ（pipes）２８は、図２に示すように、最小の流体パイプ２８と最大の流体パイプ２８との間に軸方向に取り付けられる。最も内側の流体パイプ２８の適合された断面積により、シャフトパイプチャンネル２７は、流体パイプ２８と最も大きなパイプとシャフトパイプダクト２９との間に形成され、これらは、それぞれの流体水素チャネル２、酸素チャネル３、及び水／蒸気２３，２４を、ガス２，３については点線の矢印、水／蒸気２３，２４については一体となった矢印で示されるエンドキャップ内の専用チャネルを介して、電池スタックの端部（ens）へ／に（to/fro）に輸送し、チャネル（channels）は、端部シール（end seal）と各流体パイプ２８の締め具３０とシャフトパイプダクト２９の中心での各シャフトパイプチャンネル２７からいくつかの径方向チャネル（channels）に至る、エンドキャップ流体側６４の内部で分岐する。したがって、各分岐は異なる軸方向の距離で径方向外側にあり、ここでは最小のものはエンドキャップ流体側６４の中心で軸方向にあり、そしてさらにシャフトパイプチャネル２７及びそこから径方向の分岐を有するシャフトパイプダクト２９の前のエンドキャップ流体側６４で最も厚いパイプに向かう。各シャフトパイプチャネル２７の径方向チャネルは、外側周辺（水／蒸気）５６，５７及び内側周辺（水素と酸素）３１，３２と同様に、電池パケット５４の軸方向の収集チャネル３１，３２，５６，５７の端部でそれぞれのチャネルと外側に接触している。

【0037】

チャネル２，３，２３，２４における流体の出入りのための静的グランドボックス６８は、固定子ディスク流体側（side）６５の中心に取り付けられた手段を用いて取り付けられており、そこでは動的密閉（seals）２６がグランドボックス６８の内側に取り付けられており、これらは回転流体パイプ２８の端部を密閉し、したがって、静的グランドボックス６８の入口／出口チャネルへの／からの（to/from）密な流体チャネルを形成し、各々の流体をその回転シャフトパイプチャネル２７の各々との間で輸送するための静的パイプによって外部に取り付けられかつ密封されている。

【0038】

正＋バイポーラディスク３３は、電池パケット５４の外側のローターの内部、また両方の電池パケット５４への／からの流体のための流体収集チャネル３１，３２，５６，５７の穴の内部でも、接地電位に対して電気的に絶縁されている。したがって、バイポーラディスク３３は、その端部がバイポーラディスク３３の両側のバイポーラ電池パケット５４にのみ電気的に接触している。接地電位（－）ブラシ４０は、エンドキャップ４８、導電性支持シリンダ５９及び他端のエンドキャップ流体側６４と接触しているＥＬ側３６で、シャフト上のスリップリング接地３９と直接接触している。これは、電池パケット５４を介してプラスブラシとマイナスブラシの間に絶縁結合回路を提供する。装置全体は外部的に接地電位にあり、さらにＥＬは保護回転子チューブ５２及び保護回転子エンドキャップ流体及びＥＬ側２５、４５によって外部から絶縁されている。これは、動作中の装置からのクリープ電流の可能性を最小限に抑え、安全性の新しい基準を設定することができます。

【0039】

水電解モード及び電池電圧が１．４８Ｖ未満で、そして、可逆点１．２３Ｖに近づくと、電池電圧が可逆点に近づくほどより多くの熱が供給されなければならない。１．４８Ｖを超えると、周辺を冷却して消散しなければならない、より多くの熱が生成される。燃料電池モードでは、温度をできるだけ高くして１．２３Ｖに近づけることが有益であり、ここでは、電池は熱平衡状態にあり、そして、化学的／電気的効率が１００％になるが、電圧（Ｖ）が低くなると電流（Ａ）が増加する。燃料電池モードでは、電池電圧が低いと熱生成が増加し、そして、それに応じて水素の化学エネルギーと比較して電力生産が減少する。これらの変動は、通常、チャネル内の最後の電池への大きな温度変化を避けるために、長い電池パック内の最後の電池に大きな流量が必要になるという課題を提示する。これは、温度制御用ノズル５３，５５を用いて、非常に低い流量でも水／蒸気収集チャネル５６，５７全体にわたってほぼ等しい温度を与える周囲の加熱イン／アウトによって回避され、同様にまた両方の電池パケット５４内のすべての電池の径方向内側の温度をその長さ全体にわたって平衡させる。

【0040】

装置が流体／グランドボックス６８側を下にして、壁及び／又は床に対して垂直に固定され、そして、支持シリンダ５９によって全周に接触してローターに導かれる保護固定子チューブ５２を介して、温度制御用のいくつかのノズル５３，５５を通じて、冷却又は加熱流体が供給されると有利である。次いで、流体は、保護固定子チューブ５２を通って固定子ディスクの流体側６５で下方に排出され、そこでは、流体のさらなる輸送及び場合によっては収集及びさらなる利用のために、一つ以上の排水路６０が配置される。周辺では、固定子ディスク４７，６５は、保護固定子チューブ５２の内側を密封する密封剤を有し、それは外側には、固定子ディスクを位置に固定する締め付けバンド（図示せず）を各固定子ディスクの外側に有する。各締め付けバンドには、エンジンマウントに類似した少なくとも２つのゴム製サスペンションを備えたブラケットを取り付けることができ、ブラケットはさらに壁対して固定される（図示せず）。

【0041】

表示された装置は、１ミリメートルあたり数個の電池があり得る、数百個のバイポーラ電池を含み得るので、図示するように、それは、＋バイポーラディスクの各面に１つの電池バックを用いて、半分及び２倍の電流（Ａ）に減らすことができる非常に高いＥＬ電圧（Ｖ）を提供できる。次いで、ローターは、小さい直径で比較的長くすることができ、これは、同じ周速度で最大Ｇを与え、有益である。冷却又は加熱が周辺に使用される場合、このチャネル長は、チャネル内の最後の電池までの温度変化に対してそれほど重要ではない。支持シリンダ５９の外周からローター内の電池までの距離は比較的短く、ローターの直径をより小さくすると、より短い距離が可能となり、電池内の温度バランスがより速く改善される。燃料電池モードでの高温及び高圧、及び低電圧発熱で、温度制御用ノズル５３，５５を用いて、電池パケット内側での温度を同時に安定させる適応量の冷媒が周囲に供給されるときには、周囲を超えての冷却は、水収集チャネル５６，５７内で水蒸気の凝縮を可能することができる。

【0042】

グランドボックス６８は、固定子ディスク流体側６５に一緒に取り付けられたいくつかのグランドボックスから構成することができる。それらは、高圧及び高温に適合し、耐酸素性があり、そして炭化ケイ素タイプであるジンマーリング又はカートリッジ密封タイプにすることができる。

【0043】

ベアリング流体側６７及びベアリングＥＬ側３８は、グランドボックス６８と固定子ディスク流体側６５との間に密封剤があり、追加のジンマーリング動的密封流体側（side）６６がある場合、又は、カートリッジのシーリングはベアリングの両側にあります。ベアリング流体側６７及びベアリングＥＬ側38は、グランドボックス６８と固定子ディスク流体側65との間にシーリングが存在し、ベアリングのいずれかの側に追加のツィマーリング動的シーリング流体側６６又はカートリッジシーリングを適合させることができる場合、潤滑手段を備えたボールベアリングとすることができる。

【0044】

ベアリングはまた、異なる流体、温度及び回転速度に適合する滑りベアリングであってもよい。装置が垂直に取り付けられ、グランドボックス６８が下にあるとき、ベアリング流体側６７は、ローターが持ち上げられるのを避けるために、ローターの重量とグランドボックス６８内の圧力／面積との間の両方向に径方向及び軸方向の両方の支持を提供しなければならない。装置を水平に置く場合は、径方向及び軸方向の支持も提供しなければならない。

【0045】

＋バイポーラディスク３３の両側の電池パケット５４内の空間において、各部屋は、ＬＴ水電解槽（図示せず）によって水からガスを除去するためのセパレータとして配置することができる。例えば、エンドキャップ流体側６４に向かう空間では、酸素及び水は、収集チャネル３２を介してすべての電池においてその側からこの空間に来る。この側の＋バイポーラディスクの直後に、これらのチャネルからセパレータコンパートメントへの径方向内側にいくつかの開口部がある。酸素は、酸素シャフト管路３，２７内に円形のいくつかの穴を有するそのシャフトパイプチャネル３，２７に乾燥状態で排出される。水位の半径は、酸素シャフトパイプチャネル３，２７への穴／チャネルの径方向外側となり、中心にガスを持つ中空の水シリンダを形成する。水位の半径は、ｒｐｍに向かって出ていく圧力（pressure out）と流入する水の圧力とによって調整される。ＥＬエンドキャップ４８に向かう中央の部屋では、電池からの水素及び水に対して同じものを配置することができ、それらはそこで水から分離される。水素は、＋バイポーラ性ディスク３３の中央の隔離されたチャネルを介して、＋バイポーラ性ディスクの他方の側の絶縁体に取り付けられた、絶縁及び密閉された収集カップに導かれ、ここで酸素セパレータは外側のコンパートメントである。水素収集カップの中心では、パイプがエンドキャップ流体側６４の中心の穴を介して、固定及び密封され、そこには水素チューブへの密封剤及び締め具があり、これはグランドボックス６８の水素チャネル２から水素収集カップへの延長流体パイプ２８とすることができる。ガスセパレーターは、セパレーター内の中空水シリンダー内のＧと比較して、静的な１Ｇセパレーターに対して比例してよりコンパクトになる。例えば、１００Ｇは１Ｇと同じ容量でローターに１／１００小さいセパレーターを提供する。

【0046】

したがって、それに応じてお湯（hot water）又は電解液の量を減らすことができ、スペース及びコストの削減に加えて、新たな改善された安全基準を設定することができる。

【0047】

また、回転装置には電池パック５４を１つだけ含めることができる。ここで、＋バイポーラディスク３３は、それらの間にＥＬ絶縁及び密封ディスクを挟んでエンドキャップ４８に向かってずっと移動される。この場合、液体収集チャネル３１，３２，５６、５７には、＋バイポーラディスクを通る穴は必要とせず、そして＋電極から最も近い電池に向かう側のみが側面６Ａに似ることができ、そして絶縁ディスクに向かう他の側は水平である。

【0048】

内側及び外側絶縁ディスク１０，１１のためのＥＬ絶縁３４材料、＋ボルト３５付きの＋バイポーラディスク３３、＋ブラシＥＬ絶縁ブラシワッシャ４６、ＥＬモータ絶縁体４２用シャフト、ＥＬ絶縁及び密封用中空シリンダ５８及び上述した他の電気絶縁体は、テフロン（登録商標）、ＰＥＥＫ、セラミック、ガラス、雲母、複合材料又は同等物、又はよりよい支持のＥＬ絶縁金属とすることができる。それらはまた、耐酸化性があり、そして、それぞれＬＴ又はＨＴに適合していなければならない。

【0049】

温度制御用ノズル５３，５５を介した周辺にわたる前記冷却又は加熱のためには、それぞれ、接地電位上の回転支持シリンダ５９の周辺に対する冷水又は温水／蒸気を用いることができる。周辺に向けた温度調節用ノズル５３，５５を介した冷水の場合、熱は電池パケット５４か取り出される。水は、加熱された水の再利用又は蒸留の可能性のために、又は水が支持シリンダ５９上で蒸発するために、パイプを介して前記排水路６０から連続的に排出される。燃料電池からの蒸留水と生成水は、電解槽モードで装置に使用することができる。温度制御ノズ５３，５５の少なくとも１つも、回転装置にカスタム回転を提供するために、回転方向に対してより接線方向に向けることができ、このために回転装置は支持シリンダの外側にカスタム羽根（vanes）を有する。したがって、ＥＬモータを省略することができる。

【0050】

装置は、グランドボックス６８から／への（from/to）パイプは、酸素、水素及び２つの水タンクのための貯蔵タンクへ／から（to/from）に通じており、ここで、１つは回転装置のアノードから／へに側であり、そして他方はカソードから／へ側であり、ここで、燃料電池モードでの水生成の期間中に水はそれぞれのタンクに向けられ、水そして電解槽モードではそれぞれのアノード側、カソード側に戻されるように調整されるという点で、バッテリー（図示せず）として機能することができる。

【0051】

水の電気分解では、電池からの水素はグランドボックスを通って複合脱酸素装置と乾燥装置とを組み合わせたものに導かれ、これは酸素を除去して残留酸素が４パーセント未満となり、そしてそれが導かれる前に乾燥及び冷却し、又はコンプレッサーを介して加圧され、そして水素が貯蔵タンクに導かれる前にさらに冷却／乾燥される。

【0052】

酸素回路は電池から貯蔵タンクまでは同じであるが、脱酸素器を省略して冷却器と乾燥器だけ使用できる。

【0053】

酸素ラインには、任意の水素残留物の抽出に適した任意のメンブレンもあり得り、これは、メンブレンの手前で４％未満でなければならず、そして、酸素がそのタンクに貯蔵される前に水素含有量はできるだけ低くなければならない。

【0054】

回転装置を含むシステム全体が、電気分解の終わりに向けてガスの貯蔵圧力と等しい作動圧力に適合する場合には、ガス用のコンプレッサーを省略することができる。

【0055】

システムは超小型であり、より高い圧力に対応するための補強は、したがって、含んでいる電池から貯蔵タンクまでの酸素回路の酸化を低減するための高貴な材料の使用と同様に、比較的簡単で手頃な価格である。

【0056】

上部の水タンクは、水の電気分解中に水を押し戻すことができるそれぞれのガスに接続できる。各水タンクはまた、ガスと水を分離する柔軟で緻密なメンブレンを含むことができるという点で、メンブレン４の同じ側からのガスと水を含むガスと水の組み合わせタンクであってもよい。したがって、別個の水タンクを省略することができる。この場合、タンク内の水が少なくガスが多い場合、又はその逆の場合は圧力が変化するため、各水回路に水ポンプが必要です。ガスが燃料電池モードで電池に導かれるとき、それらはコンプレッサー、脱酸素器、乾燥器の周囲のパイプにあるバルブを介して、それぞれの自身のガス圧力調整器を介して接続／バイパスされ、これは、ローター内への水の圧力と回転速度に関連して圧力を制御し、前述のように地下水面が電池の外周の外側に押し出されるようにする。電池パケット５４内の前述の水面との関係で、タンク内の水圧が高すぎるか低すぎるかに応じて、ローターから／への水圧を調整する、対応するレギュレーター又は水ポンプを水回路上に有することもできる。

【0057】

これまで、装置はメンブレンを使用して説明されてきましたが、装置は回転装置内の電池パケットに適合した他の既知及び新しい電池溶液を使用することもでき、この場合、ＬＴ燃料電池モード中に電池から水を迅速に除去し、そして回転装置を用いて水電解モードによる生成ガスを迅速に除去することが有益であり、また、高Ｇにおける対流速度の高い電池内の温度バランスの改善及び温度の均一化も有益である。これは電極、ガス、及び水／蒸気間の接触を改善することになる。

【0058】

装置内の高圧では、燃料電池モード中に供給された水は、電池の両側にそれぞれのガス、水素及び酸素で飽和される可能がある。例えば、ガス飽和水は、次に、それぞれの水収集チャネル５６、５７を介して電池に入り、そして電池の周辺に入り、そこで飽和ガスが反応して電気と水を生成する。生産水は残りの水と混合され、放出されたガスは前のガス収集チャネル３１、３２の電池に送られ、そしてさらにチャネル２、３に送られる。同じことが、電気分解モードにおいて、高圧及び適合熱の下で行われ、生成されたガスは水の中で飽和され、これは、上述したようにローターの中心又はグランドボックスの後の外側でより低い圧力の下で脱ガスされるか、又は水が冷却され、飽和ガスと共に貯蔵される。より高い水流は、両方の電池モードで冷却と組み合わせることができる。電池へ／電池からのガスの飽和の際、電池は可能な限り拡散気密（diffusion-tight）の高いメンブレンディスク４を含むべきであり、これは、水も電解質であり、メンブレン内の電解質、例えば最大３５％のＫＯＨ（水酸化カリウム）を含むアルカリ水と同様である事実と組み合わせることができる。燃料電池モード時に供給された電解液中の生成水は、装置の中央又は外で凝縮／蒸留され、そしてガス生成時の水の消費はそれが消費される水回路で適切な量で追加される。

【0059】

これまでのところ、前記メンブレンディスク４は固体電解質として説明されているが、それは同様の形状の多孔質隔膜（porous diaphragm）で置き換えることができ、これはＬＴではジルフォン（Zirfon）タイプであることができ、補強があってもなくてもよく、そして液体電解質が液体電解質で充填された多孔質接合を介してアノード及びカソードと接触している。バイポーラディスク５，６は、図１６Ａ，Ｂに示され、そして説明されたものと同様であり得るが、ラジアルショベル（radial shovels）１７はカスタム触媒を備えた多孔質であり得る。同じことは、電池に面するバイポーラディスク５，６の表面についても行うことができる。ショベル（shovels）１７は弾性性があり、そして各バイポーラディスクから隔膜に向かって良好な接触面を有するように、ショベル１７は、径方向に真っ直ぐであるが、電池に向かって軸方向に内側に引かれ、活性領域でその隔膜に向かって内側に回転方向に軸方向に後方に曲げられ、の場合、前のメンブレンに接触していた前の多孔性電極ディスク（discs）１６が取り除かれた後、今度はゼロギャップ電極（electrodes）となる。隔膜は、導電性のためだけでなく、両側からのガスが混ざらないように密封するためにも、電解液で常に濡れてなければならない。燃料電池モード下での手順は、次に、例えば３５％ＫＯＨ電解質の混合物の両方が各ガスと一緒にチャネル２，３に導入されることであり、ここで、適合された量の電解質が、ガスと一緒に、あるいは専用の流路で、グランドボックス６８から電池内の接合部の両側の中央のガス入口まで供給され、ここで、外側に向かう途中の電解液は、後方に曲がったベーンに接触し、そして一定の回転中の慣性モーメントにより、軸方向に後方に曲がった羽根（vanes）によって常に隔膜の方に強いられる。隔膜は、電解質を介して隔膜を介してバイポーラディスクの電極と接触する。それは湿った薄い電解質膜であり、ここで各ガスがその電極と接触し、そして羽根と羽羽の間の空間及び隔膜に接する空間のガスが水及びＥの生成を伴う反応を開始する。生成水及び添加された電解質は、外側に向かって電池内に、及び周辺にある水及び電解質を組み合わせた収集チャネル５７，５６に連続的に投げ込まれる。プロセスを逆に水電解槽に戻すときには、この手順は、先に述べたように、ガス圧力を調整することによって、周囲から電解液を電池に充填すること、及びその回路内で消費されるＤＣ及び水を供給することである。生産ガスチャネル２，３は、先に述べたように、中心に向かって急速に内側に向けられ、そして外側に向けられる。

【0060】

回転装置は、燃料電池モード及び水電解モードにおいて、異なるｒｐｍ、圧力及び温度を持つことができる。

【0061】

図１で説明したように、電池へ／電池から電池ガス流路１２，１３も回転方向に後方に曲げられ、内周（inner periphery）でガス収集流路２，３に入るのが有利である。水収集チャネル５７，５６への／からの電池水チャネル２０，２１と電池チャネルガス１２，１３とは、バイポーラディスク６Ａ又は６Ｂの活性中心の上から見た場合、電池水チャネル２０、２１によって鏡像される。装置が水平に設置され、そして環境から１Ｇを利用するように適合されたｒｐｍ及び圧力で、ガス収集チャネル３１，３２内の多相媒体での電池への/からのより簡易な供給及び排出を提供するので、リクライニング回転子内には上に－１Ｇ、そして下に＋１Ｇがある。例えば、ガス収集チャネル３１，３２内の電解質及びガスは、電解液又は水が回転中に電池ガスチャネル１２、１３に入り、そして電池が下がっているときに電池内のそれらの側面に入り、そして各ラウンドでチャネルが下と上との間にあるときにガスが入るように適合させることができる。これは、燃料電池モードにおいて、メンブレン又は隔膜４を十分に湿らせ/濡らした状態に保つために、電池内への液体とガスの脈動の間の好ましい自然かつ高速なシフト／ポンプを提供する。

【0062】

これまでのところ、燃料電池モードでは、純酸素がそのチャンネル３，１３，３２で電池に供給されるという事実によって手順を説明してきたが、これ又は酸素が豊富なガスであることもでき、空気であることもできる。

【0063】

空気は、酸素チャネル３と同じチャネル内に、電池水チャネル２１（図１）から水収集チャネル５７へと空気を泡立たせ、そして生成水とともにそのチャネル２４の出口に気泡を発生させる適合された圧力で、供給される。

【0064】

水収集チャネル５７及び排出チャネルは、水表面２２が水収集チャネル５７の内周で一定に保たれるように、ガスが水を通過できるように適合された断面積でなければならない。

【0065】

これは、水又は水蒸気とともに水収集チャネルに出てきて、ローターの外側に収集することができる純粋な水素及び酸素にも適用できる。

【0066】

電池内の空気からの酸素の大部分の変換により、ほぼ純粋な窒素が生成され、それはアンモニア生成のため、そして、装置によって生成された水素を用いたハーバー・ボッシュ法などのさまざまな目的に使用できる。

【0067】

燃料電池モードでは、アンモニアもまた水素に取って代わることができ、又は水素と一緒に使うこともできる。

【0068】

次に、純粋な窒素も酸素チャネル２４から出てきて、前述したように再び使用される。

【0069】

アンモニアは、生成された水素の代替処理を提供する。

【0070】

これまで、回転装置は、締め具、シーリング材（sealants）及び絶縁体で組み立てられたいくつかの部品で説明されてきた。しかし、ローター全体又はその一部を３Ｄプリントすることもでき、そして潜在的に異なる材料を使用した異なる部品を軸方向に層状に築き上げて、チャンネルを備えた完全にバランスの取れたタイトなローターを形成し、これは同時に相互接続されており、そしてそれは加熱でき、そして、前述したように、ローター内の異なる材料がそれぞれの場所で所望の特性を達成するために、電圧（Ｖ）を印加することができる。

【0071】

前記触媒は、白金、ニッケル、イットリウム、コバルト、鉄、イットリウム、ジルコニウム、ストロンチウム、ランタン、マンガン、又は同様の特性を有する材料の任意の形態又は組み合わせであることができる。

【0072】

すべての図とその説明は原則的なものであり、装置の実際の設計を示すものではない。

【符号の説明】

【0073】

１ 回転軸
２ 水素チャネル
３ 酸素チャネル
４ メンブレンディスク
５ バイポーラエンドディスク
６ 中央バイポーラディスク
７ 水滴
８ 水収集チャネル
９ 出口／入口水
１０ 内側絶縁ディスク
１１ 外側絶縁ディスク
１２ 水素用の電池ガスチャネル
１３ 酸素用の電池ガスチャネル
１４ 酸素分配チャネル
１５ 水素分配チャネル
１６ 電極ディスク
１７ 間に溝のあるショベル
１８ 外側円形チャネル水素水
１９ 外側円形チャネル酸素水
２０ 電池水チャネル水素
２１ 電池水チャネル酸素
２２ 水収集チャネル８内の水面
２３ 水素側から／への水チャネルの出入り
２４ 酸素側から／への水チャネルの出入り
２５ 流体側ステータエンドキャップ
２６ グランドボックス６８内のダイナミック密封剤
２７ シャフトパイプチャンネル２９
２８ 流体パイプ
２９ 流体側シャフト
３０ 密封剤と締め具
３１ 水素収集チャンネル
３２ 酸素収集チャンネル
３３ ＋バイポーラディスク
３４ ＋絶縁体＋バイポーラディスク３３及び＋ボルト３５
３５ ＋ボルト
３６ ＥＬ側シャフト
３７ ベアリング３８における動的密封剤
３８ ＥＬ側ベアリング
３９ スリップリンググランド
４０ ＋／－ブラシ
４１ ＋スリップリング
４２ ＥＬモーター絶縁体
４３ ＥＬモーター
４４ 距離スリーブ付きボルト
４５ ＥＬ側ステータエンドキャップ
４６ ＋ブラシ用ＥＬ絶縁ブラシワッシャー
４７ 固定子ディスク
４８ エンドキャップ
４９ エンドキャップ用ロックナットＥＬ側
５０ 空気入口ＥＬ側
５１ 空気出口ＥＬ側
５２ 保護回転子チューブ
５３ 温度制御用ノズル
５４ 電池パック
５５ 温温度制御用ノズル
５６ 水素側からの水収集チャネル
５７ 酸素側からの水収集チャネル
５８ ＥＬ絶縁及び密封中空円筒
５９ 支持円筒
６０ 排水路
６１ 空気入口流体側
６２ 空気出口流体側
６３ エンドキャップ流体側６４用のロックナット流体側
６４ エンドキャップ流体側
６５ 固定子ディスク流体側
６６ 動的密封流体側
６７ 軸受流体側
６８ グランドボックス

【図1】

【図2】

【国際調査報告】