JPH02501125A - 液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置 本発明は、液体、潤滑剤或いは類似物のような液状媒体を搬送するためにガスを 電気化学的に発生させる装置に関する。

工業ロ的のための液体を搬送するためにガス発生の接触的な或いは電気化学的な 工程を利用することは知られている。即ち、例えばヒドラジンの水素および窒素 への接触的な分解により仕事量の大きい圧力ガスが発生し、この圧力ガスにより 短時間内に水で満たされている潜水艦のタンクを加圧排水することが可能である 。触媒の種類に応じて水素−窒素混合物は程度の差こそあれアンモニアを多くの 割合で含んでいる。アンモニアの含有量が増大するに連れて温かい分解ガスが生 じ、この分解ガスの圧力エネルギーが宇宙飛行技術における制御エンジンの作動 に利用される。

また接触作用により過酸化水素から放出される酸素を圧力ガスとして利用するこ とも可能である。この場合触媒として特に銀が使用される。過酸化水素の分解の 際も多量の熱が放出し、このような量の熱は一般に特別な熱管理を必要とする。

上記の両ガス発生プロセスにとって共通なことは、単位時間当たり放出されるガ ス量が反応液体の触媒への拡散流或いは対流によって定まることである。

即ち、反応はこの搬送工程が中断された時のみ停止可能である。ガス拡散電極技 術において使用されるような（弁−電極；米国特許明細書第３．２０１．２８２ 号；ドイツ連邦共和国特許明細書第１．５４２．５６５号参照）、触媒構造の使 用の下でヒドラジンと過酸化水素のための自己抑制性の分解剤を形成することが 既に提案されている。この分解剤にあってはガス圧力は制御要素として機能する ０反応をヒドラジンもしくは過酸化水素の水性希釈溶液で行った際、例えば廃水 の流れを一定に維持した場合ガス発生率を一定に維持することが可能である。

水素はまた、卑金属を苛性アルカリ或いは酸素で腐食しても得ることが可能であ る０例えば亜鉛を塩酸で振盪した際、水素が発生し、塩化亜鉛は溶解する。亜鉛 腐食の際アルカリ溶液内にも水素が発生する。もちろん極めて純粋な亜鉛にあっ ては水素発生は殆ど認められない、何故なゲこの金属では水素過電圧が特別高い からである。アルカリ媒体内での亜鉛溶液の遅延は酸化亜鉛−不動層の形成によ って更に助長される。

もちろん腐食工程は、亜鉛金属を低い水素過電圧を有している他の金属で不純化 することにより促進される。純粋な亜鉛板を白金線と接触させる実験は知られて いる。その際白金線に水素が発生し、亜鉛は接触位置の周辺部位において特別腐 食される。

内実な亜鉛金属の片に孔を穿ち、モリブデン棒とろう付けすることも知られてい る。こうして水素発生が水素析出表面を好都合なものにする金属の面大きさによ って決まる腐食要素が得られる。

しかしこのような短絡要素は、腐食を決定する表面が形成されると言う偶然性に 極めて依存している。

即ちこのような短絡要素の水素発生は外部から加減することは不可能である。

更に、グリース供給体も知られている。このグリース供給体にあっては潤滑ニッ プルのための軸受グベき軸受内に圧入される。腐食要素は活性化した際ねじによ り電解槽内に押出され、従ってガス発生が開始される０発生したガスは中空体を 伸長させ、グリースを軸受内に押込むピストン或いは分離挿入体を運動させる（ ドイツ連邦共和国特許公報筒２，１３９゜７７１号参照）。

本発明の課題は、ガスを規制された量でおよび／または完全に一定した時間で発 生させ、更に構造が著しくコンパクトであり、容易に製造できかつ流出する電解 液の危険も回避されるような、冒頭に記載した様式の装置を提供することである 。

上記の課題は本発明により、陽極、陰極および水性の電解液を収容するハウジン グか１ら成り、かつ外部の電流回路を遮断することにより、場合によっては直流 電源の使用の下で、電流が流れ、この電流により電流の流れに相応する量のガス を発生させる電池を使用することによって解決される。

本発明による特別有利な構成は請求の範囲第１項以下の請求の範囲に記載した。

本発明により、負の電極として亜鉛粉末を、正の電極としてガス拡散電極の様式 の水素析出陰極を備えた電池内において特別有利に水素発生を行うことが可能で あることが見出された。特に、析出陰極が元素周期表の第８族の金属、特に白金 、パラジウム或いはニッケルー後者は特にラネーニッケルの形で−のような金属 を含んでいる場合に有利である。何故ならこれらの金属は低水素化電圧を有して いることにより優れているからである。電極は特に多孔性の電極の形で、例えば ドイツ連邦共和国特許明細書第１．０１９，３６１号による二重骨格−触媒電極 の様式の或いはまたＰＴＦＥ−結合したラネーニッケル−構造の様式の或いは綱 の目的に或いはエキスバンドメタルス内に埋設したラネー・ニッケル／活性炭− 構造の様式の電極が有利である。亜鉛、電解液、セパレータおよび水素析出陰極 を含んでいる電池は外部に対してＰＴＦＥ−箔によって閉じられており、このＰ ＴＦＥ−箔の孔を介してガスが流出し、しかも一方では電解液の流出は湿潤不可 能なＰＴＦＥ−の孔内の高い毛細管抑制により阻止される。

特に補に器に使用される市販の亜鉛／空気−電池は、その本来の目的に相応して 、この電池を先ず空気侵入阻止の下に低抵抗を介して短絡した際水素発生と膨潤 流（Ｑｕｅｌｌｓｔｒｏｅｍｕｎｇ）が発生するので、水素を発生させると言う 新しい課題に使用することが可能であることが見出された。この水素発生は可逆 亜鉛電極と可逆水素電極間の最大、即ち約０．５ボルトの電位差の有効力によっ て行われる。開閉抵抗（Ｓｃｈｌｉｅｓｓｕｎｇｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）を適当 に選択することにより腐食流を予め算定でき、場合によっては腐食電池の内壁の 変化を時間と共に所望の水素発生電流に適合させることが可能である。

しかし、このような亜鉛／空気−電池で使用される陽極は新しい目的には適して いない、　ＰＴＦＥ−結合した活性炭の代わりにＰＴＦＥ−結合したラネーニッ ケル塊或いはラネイニッケルー活性炭混合物をニッケル網内に展圧埋設し、次い でこの層にドイツ連邦共和国公開特許公報第３，３４２，９６９　ＡＩ号による 多孔性のＰＴＦＥ−箔を積層することにより、上記の亜鉛−拡散電極一要素を新 しい目的に最適に適合させることが可能である。亜鉛物質としては本質的に内実 の亜鉛板および亜鉛粉末或いは電池産業界で一般に一次電池を造る際に使用され るいわゆる亜鉛粉末−ゲルを使用することができる。自己腐食による不都合な水 素発生を低減するために亜鉛を同様に公知の方法によりアマルガム化することが 可能である。

誘導するために電池槽内に存在している亜鉛粉末電極或いは亜鉛ゲル電極がアマ ルガム化された金属爪或いは亜鉛化して或いはカドミウム化した接触要素と高い 水素過電圧に相応して接触させられる。これはもちろん亜鉛或いは真鍮のような 適当な金属から成形された電池容器のハウジング部分であってもよい、このハウ ジング部分はガスを発生する電極を導体結合で含んでいる第二の金属ハウジング 部分から電池技術の公知の様式で電気的に絶縁作用を行うパツキンによって分離 されている。

このような電池に装填される亜鉛の量はこの電池で発生させようとする水素の量 によって定まる。これとは反対にガスを発生させる電極の寸法は水素発生効率に 従って設定しさえすればよい、　１０（１＋Ａの等量に相当する、即ち４ＯＮｃ ａｘｆｆハに相当する水素発生にはＩＣ＋１の面積の電極で充分である。

電解液の量の設定は同様に装填される亜鉛の量に従って行われる０反応の際水が 消費される。何故なら酸化亜鉛と水素が発生するからである。即ち電解液の量は 、腐食にとって必要な水の量の消費後なお充分に電解液が残るように設定されな ければならない、亜鉛／空気−電池にあっては空中酸素は電池内に吸収される。

即ち槽内容物の容量は反応によって著しく増大する。従って亜鉛／空気−電池は 反応の際生じる消失する物質の収支を基に最終容量に調節しなければならない、 同じようなことは水素を発生する電池にも言えることであるが、もちろんこの場 合大きな容量で放出する水素が電池内で僅かな容量を占めるに過ぎないと言う相 違はある。しかも反応により前容量の低減が生じる。なぜなら発生する水素が水 蒸気を一緒に電池から運び出すからである。

反応に関与する電池間の接触を維持するため電解液を圧力下に保持することがで きる。これは例えば、電解液を僅かな超加圧下に粗大な孔を備えた疎水性おいて 電解液の接触を親水性のかつ吸収性の紙を使用して維持することによって行われ る。相応して亜鉛電極をばね要素を使用して常に導体および親水性でありかつ亜 鉛電極とガス発生する相手方電極間に存在しているセパレータと接触状態に置く ことが可能である。

作動する電池の僅かな容量変化は電池ハウジングを外から僅かに変形することに よっても強制することが可能である。

このような要素は液状の媒体を自動的に運動させるこめのピストンの押動に使用 することが可能である。このような電池の内部抵抗は僅かなオームに過ぎないの で、緩慢なガス発生が外部の開閉抵抗の基本漬によって決定されかつ規制される ０発生力としては亜鉛電極と可逆水素電極間の６ｎ苛性アルカリ内で０．４２Ｖ の明らかな電圧差が働く、従って１０＋ｓＡの電流に等価な水素電流を発生させ るには５０オームの抵抗を介して短絡するだけで充分である。　１ｍＡの電流に 相当する水素発生にあっては外部の開閉抵抗は５００オームに相当する。この値 の場合１０オームの電池の内部抵抗の変動はもは“や重要ではない。

本発明によるガス発生要素は適当に゛造られたピストン室もしくは加圧室内に設 けられる。これは、例えば封隙されたねじにより、例えば亜鉛電極とガス発生電 極間の短絡を形成する予め選択された開閉抵抗を介して行われる。電池容器を部 分的に作業ピストンを変形することに形成するのが有利であり、一方ガス電極は パツキンでもって圧力から保護されるようにして電池容器内に押込まれている０ 作動させるために亜鉛電極とガス発生電極間の短絡が、例えば抵抗層の様式で形 成されておりかつ存在しているグリース量をどの時間に軸受を経て圧入するかを 表示するプロセス時間を調節するための時間スケールを備えている抵抗を介して 形成される。

上記の要素の例にあっては水素が発生される。何故なら全活性の電池内容物が水 で酸化可能な物質から成るからである。亜鉛の代わりにカドミウムを使用した場 合、水素発生は低い水素過電圧を有する金属との接触によっては発生不可能であ る。しかし、電圧源により電流を要素を経て通電した場合、しかもカドミウムを 陽極として水素発生電極を陰極として接続するようにして、即ちこの場合陰極が 電圧源の負の極に、カドミウム電極が電圧源の正の極に結合されるようにした際 、このような要素を水素発生にも利用することが可能である。この電池は通電さ れる電流に等価な水素を発生させる。この場合上記の亜鉛要素とは異なり、電流 が無い状態での水素発生の危険は生じない。何故なら水素に比較して化学変化を 起こさない金属としてのカドミウムがこの水素の酸素との結合を阻止するからで ある。

多くの場合水素の発生を迂回するのが有利である。

その際、上記方法により、酸素が上記様式の電極において陽極側で析出するよう にして酸素を発生する要素を形成することが可能である。この場合、対抗電極と して金属酸化物、例えば酸化銀、酸化水銀、酸化ニッケル、酸化鉛或いは二酸化 マンガンが使用される。この場合これらの酸化物はそれらの電気化学的な挙動に 応じて金属（銀、水銀、胴）もしくは低原子価酸化物（ＭｎｓＯａ）に還元され る。もちろん、相当する大きさのガス量の発生のための電流消費量は酸素の場合 水素の場合の倍はど大きい、何故なら、酸素分子量は電気化学的な原子価４であ り、水素は電気化学的な原子価２であるからである。

しかし酸素供与−電極として働く金属酸化物が絶対に必要であると言うのではな い、即ち例えば相応して造られた電池内で硝酸塩イオンがアンモニアに還元され 、一方対抗電極において同時に酸素を発生させることが可能である。酸素析出電 極および硝酸塩還元電極には上記のラネイニッケルを含んでいる電極が通してお り、反対にアンモニアは電気化学的な電池内において水素供与体として働く、何 故なら、アンモニウムイオンは例えばラネイニッケルを含んでいる電極において 陽極電流の流れの場合亜硝酸塩イオンにもしくは硝酸塩イオンに酸化され、一方 対抗電極においては水素が形成されるからである。

此処において述べた全てのガス発生電極にとって共通なことは、これが出発状態 においてａ）電気化学的に酸化可能な物質と水素発生電極と水性電解液のみを含 んでおり、或いはｂ）！気化学的に還元可能な物質と酸素発生電極と水性電解液 を含んでいるに過ぎず、電流が外部から強制的に通電さた場合は水素或いは酸素 が形成され、これらはガス拡散電極の孔内において発生し、疎水性拡散膜の孔を 経て外部空域に達する、一方を解液はこの膜の高い毛細管抑制により電池槽の内 域に保持される。

添付した図面ｌに、本発明による電池の構造を例示した。この電池はボタン形電 池であり、槽１と合成物質パツキン３と共にハウジングを形成するカバー２とか ら成る。参照符号４はカバー内に設けられていてかつこれと接触されて活性化す る、電解液を含んでいる亜鉛ゲル或いは多孔性の褐石板の様式の物質である。参 照符号５は圧縮可能な多孔性の物体であり、この物体内で付加的な電解液量が準 備される。参照符号６は電解液に含浸したフリースである。

参照符号７は例えばイオン交換膜の様式のセパレータである。このイオン交換膜 は支持リング８によって位置９に保持される。参照符号９は、例えばニッケル網 内に展圧入されて埋設されたかつ槽底側に多孔性のＰＴＦＥ−膜を備えているＰ ＴＦＥ結合されたラネイの支持リング８はガス拡散電極を接触し、これを電気的 に棒形容器１と結合する。参照符号１０は大きなフリース層であり、このフリー ス層はガス拡散電極から作動中平坦に流出するガスを槽底内の孔１１に導入し、 かつ其処で外方へと排出させる。

亜鉛原子の各々が二つの電子を放出するので、即ち水素分子が水素形成下に還元 を許容するので、６５ｇの亜鉛に対して１８ｇの割合で水が電池内に装填される 。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成１年６月１５日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置において、陽 極、陰極および水性の電解液を収容するハウジングから成り、かつ外部の電流回 路を遮断することにより、場合によっては直流電源を使用して、電波が流れ、こ の電流により電流の流れに相応する量のガスを発生する電池を使用することを特 徴とする液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置。
2. ２．電池が出発状態において実際に陽極物質としての電気化学的に酸化可能な物 質、水素発生電極および電池を外部空域に対して区画する拡散膜を含んでおり、 この拡散膜の孔を介して陰極として働くガス拡散電極の孔内に発生する水素が外 部空域内達するように構成されている拡散膜を含んでいる、請求の範囲第１項に 記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置。
3. ３．電池が金属陽極、特に亜鉛陽種、水素陰極およびアルカリ性電解液を含んで おり、この場合陰極がＰＴＦＥ結合した金属層および／または炭粉末層から成り 、この場合この陰極が金属網内に電流導体として設けられておりかつその特に網 とは反対側において多孔性のＰＴＦＥ箔が積層、例えば展圧されて設けられてい る、請求の範囲第２項に記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発 生させる装置。
4. ４．電池として市販の亜鉛／空気−電池が設けられている、請求の範囲第３項に 記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置。
5. ５．亜鉛／空気−電池が差し当たり空気侵入阻止の下に低抵抗を介して短絡され ている、請求の範囲第４項に記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的 に発生させる装置。
6. ６．電池がＰＴＦＥ結合され、ニッケル網内に展圧埋設されていてかつ多孔性の ＰＴＦＥ箔を備えているラネイニッケル物質から成る陰極を備えている、請求の 範囲第４項或いは第５項に記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に 発生させる装置。
7. ７．電解液が圧力下に保持されている、請求の範囲第２項から第６項までのいず れか一つに記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生させる装置 。
8. ８．電池が出発状態において実際に陰極物質としての電気化学的に酸化可能な物 質、酸素発生電極および電池を外部空域に対して区画する拡散膜から成り、この 膜の孔を介して陽極として働くガス拡散電極の孔内に生じる酸素が外部空域内達 するように構成されている、請求の範囲第１項に記載の液状媒体を搬送するため にガスを電気化学的に発生させる装置。
9. ９．電池が特にＭｎＯ２および導電性グラフアイトから成る金属酸化物陰極、酸 素陽極およびアルカリ性電解液を含んでおり、この場合陽極が耐久アルカリ性金 属或いは合金および／または炭素から成る、ＰＴＦＥ結合された粉末層から成り 、この粉末層が電流導体としての金属網内に装填されており、この粉末層の特に 網とは反対側に多孔性のＰＴＦＥ箔が積層、例えば展圧されて設けられている、 請求の範囲第８項に記載の液状媒体を搬送するためにガスを電気化学的に発生さ せる装置。
10. １０．電波回路内にガス発生の速度を規制するための制御可能な抵抗が設けられ ている、請求の範囲第１項から第９項までのいずれか一つに記載の液状媒体を搬 送するためにガスを電気化学的に発生させる装置。