水処理装置
【課題】エネルギー効率を向上させることのできる水処理装置を得る。
【解決手段】水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、改質装置２０で得られた水素をアノード３２に供給する導入路３５と、空気をカソード３１に供給する導入路３４と、を有し、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備え、燃料電池３０に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口３０ａを設けるともに、当該燃料電池３０で得られた電気を直流電源４０に還流させた。
【解決手段】水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、改質装置２０で得られた水素をアノード３２に供給する導入路３５と、空気をカソード３１に供給する導入路３４と、を有し、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備え、燃料電池３０に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口３０ａを設けるともに、当該燃料電池３０で得られた電気を直流電源４０に還流させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水を電気分解して水素を取出す改質装置と、この改質装置から得られる水素を水素イオンに換えて電解質に導き酸素と反応させて電気を発生する燃料電池本体と、を備え、燃料電池本体で電気の発生とともに生成される水を飲料水とする装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５８０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術のように、電気分解装置を利用して水素を取り出す際の実際のエネルギー効率は、オーム抵抗、反応抵抗、拡散抵抗などが生じるため約２０％となる。また、燃料電池のエネルギー効率は、電気分解装置ほど多くの抵抗が生じないため、電気分解装置よりは高くなるが、約５０％と低いものである。このように、上記従来の技術では、浄水の生成効率は約１０％となり、浄水の生成のためのエネルギー効率が悪かった。
【０００５】
そこで、本発明は、エネルギー効率を向上させることのできる水処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置と、前記改質装置に電気を供給する直流電源と、前記改質装置で得られた水素をアノードに供給する導入路と、空気をカソードに供給する導入路と、を有し、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池と、を備え、前記燃料電池に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口を設けるともに、当該燃料電池で得られた電気を前記直流電源に還流させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池で得られた電気を直流電源に還流させる構成としたため、水を電気分解する際に供給する電力を少なくすることができる。その結果、所定量の浄水を得るために供給される電力が少なくなって、エネルギー効率を向上させることができる。そのため、水処理装置の構成の簡素化および小型を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる水処理装置のエネルギー効率と従来の水処理装置のエネルギー効率とを比較した図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１０】
（第１実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０は、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００１１】
改質装置２０には、電気分解する水を貯留する電解槽２１が形成されている。そして、電解槽２１に連通して水を電解槽２１内に供給する給水路２７と、電解槽２１に連通して電気分解後の水を電解槽２１外に排出する排水路２８と、が形成されている。本実施形態では、給水路２７および排水路２８は、電解槽２１の下部（改質装置２０の下部）に形成されている。
【００１２】
また、改質装置２０の電解槽２１内には、互いに対向する陽極２５および陰極２６が配置されており、陽極２５側上方には酸素貯槽部２３が形成されているとともに、当該酸素貯槽部２３には、生成された酸素を排出する酸素排出路２３ａが形成されている。
【００１３】
そして、陰極２６側上方には水素貯槽部２４が形成されているとともに、当該水素貯槽部２４には、生成された水素を排出する水素排出路２４ａが形成されている。この、酸素貯槽部２３と水素貯槽部２４は、電解槽２１の上部に設けた隔壁２２によって画成されており、電気分解によって生成された酸素と水素とが混合してしまうのを抑制している。
【００１４】
陽極２５および陰極２６は、略板状をしており、約４ｍｍの電極間距離でそれぞれの表面が対向するように配置されている。そして、配線２５ａ，２６ａを介して直流電源４０に電気的に接続されている。また、陽極２５および陰極２６は、それぞれの表面が鉛直面となるように配置されている。このように、陽極２５および陰極２６をそれぞれの表面が鉛直面となるように配置することで、水の電気抵抗による熱エネルギーのロスを低減することができる。さらに、生成された気体（水素および酸素）が電極表面に沿って上昇するため、水素と酸素とが混合してしまうのを抑制することができる。
【００１５】
そして、給水路２７は、水道配管などの配管２７ａに電磁弁５０を介して接続されており、排水路２８は、排水管２８ａに電磁弁５１を介して接続されている。この電磁弁５０，５１の開閉によって、電解槽２１内への水の給水や電解槽２１外への水の排水が行われる。なお、電磁弁５０，５１は、配線６１，６２を介して制御部６０に電気的に接続されている。
【００１６】
また、制御部６０は、配線６３を介して直流電源４０にも電気的に接続されており、電磁弁５０，５１の開閉および直流電源４０のオン・オフを制御している。
【００１７】
直流電源４０は、配線４１，４２を介して家庭用電源などの外部電源７０に電気的に接続されており、外部電源７０から電気が供給されるようになっている。なお、外部電源７０から交流電流が供給される場合、直交変換装置によって直流電流に変換されて直流電源４０に供給される。なお、直流電源４０が直交変換装置を備えていてもよい。
【００１８】
燃料電池３０は、改質装置２０で得られた水素をアノード（燃料極）３２に供給する水素導入室（導入路）３５と、空気をカソード（空気極）３１に供給する空気導入室（導入路）３４と、を有している。また、電解質３３が、アノード（燃料極）３２およびカソード（空気極）３１で挟まれている。そして、水素と空気中の酸素とを電気化学反応により発電させることで、電気エネルギーを取り出せるようになっている。
【００１９】
この燃料電池３０としては、公知のものを用いることができる。例えば、電解質３３として、プロトン伝導性の高分子膜を用いると、固体高分子形（ＰＥＦＣ）の燃料電池を製造することができる。また、電解質３３としてリン酸を用いると、リン酸形（ＰＡＦＣ）の燃料電池を製造することができる。また、電解質３３として溶融炭酸塩を用いると、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）の燃料電池を製造することができる。また、電解質３３として安定化ジルコニアを用いると、固体電解質形（ＳＯＦＣ）の燃料電池を製造することができる。
【００２０】
そして、アノード３２及びカソード３１としては、例えば、固体高分子形の燃料電池を製造する場合には、カーボンペーパーに白金等の触媒を塗布したものを用いることができる。また、リン酸形の燃料電池を製造する場合には、アノード３２として、カーボン材に白金又は白金・ルテニウム合金触媒を塗布したものを用い、カソード３１として、カーボン材に白金を塗布したものを用いることができる。また、溶融炭酸塩形の燃料電池を製造する場合には、アノード３２として、ニッケルを主成分としてクロムやアルミが添加された材料を用い、カソード３１として、酸化ニッケルを用いることができる。また、固体電解質形の燃料電池を製造する場合には、アノード３２として、ニッケルと安定化ジルコニアの混合焼結体であるＮｉ／ＹＳＺサーメットを用い、カソード３１として、ランタナマンガナイトを用いることができる。
【００２１】
さらに、本実施形態では、改質装置２０の水素排出路２４ａと水素導入室（導入路）３５とを連通し、改質装置２０で生成された水素が水素導入室（導入路）３５からアノード（燃料極）３２に供給されるようになっている。
【００２２】
また、空気導入室（導入路）３４には、空気通路３４ａが連通されており、当該空気通路３４ａに配置されたエアーポンプ３９によって空気が導入されるようになっている。
【００２３】
そして、燃料電池３０の下部には、当該燃料電池３０にて電気化学反応による発電が行われる際に生成される浄水を取り出す浄水吐出口（吐出口）３０ａが設けられている。
【００２４】
また、燃料電池３０は、配線３１ａ，３２ａを介して充電池等の電池３６に電気的に接続されており、この電池３６は、配線３７，３８を介して直流電源４０に電気的に接続されている。
【００２５】
このように、本実施形態では、燃料電池３０で発電させた電気を、電池３６を介して直流電源４０に環流させている。すなわち、改質装置２０における水の電気分解は、直流電源４０および燃料電池３０で発電させた電気を駆動源として行われている。
【００２６】
次に、水処理装置１０の作用を説明する。
【００２７】
まず、水道配管などの配管２７ａから電磁弁５０を介して電解槽２１内に水を供給し、一定量内部に貯水する。次に、陽極２５および陰極２６に電圧を印加する。このとき、電流密度が１Ａ／ｄｍ２以下となるように、好ましくは、０．６〜０．８Ａ／ｄｍ２となるように、電圧を印加するのが好適である。電流密度が高すぎると生成する気体による電気抵抗が増大してエネルギー効率が低下する上、電極寿命が短くなり、電流密度が低いとエネルギー効率は高くなるが、電極面積を増大する必要がありコストが嵩んでしまうという問題があるためである。
【００２８】
そして、陽極２５および陰極２６に電圧を印加すると、電解槽２１内部の水は、電気分解されて、陽極２５側から酸素が、陰極２６側から水素が生成される。生成された酸素と水素は、それぞれ酸素貯槽部２３および水素貯槽部２４に移動し、酸素排出路２３ａおよび水素排出路２４ａから改質装置２０外へ排出される。
【００２９】
なお、この時の電解槽２１のエネルギー効率は３０％前後となる。
【００３０】
また、電気分解反応が進行するにつれて電解槽２１内の水量が減少するが、一定水位になった際には、電気分解を停止し、排水路２８側の電磁弁５１を開放して濃縮排水を排水管２８ａから排出されるようにしている。この制御は、制御部６０にて行われる。
【００３１】
具体的には、制御部６０は、まず、給水路２７側の電磁弁５０を開放させて電解槽２１内に水を一定量供給した後、電磁弁５０を閉止するようにしている。次に、直流電源４０をオンにし、電解槽２１内に貯水された水を電気分解することで、水素および酸素を生成する。そして、水素および酸素の生成に伴い貯水量が所定量以下に減少した際には、直流電源４０をオフにし、電気分解を停止する。そして、排水路２８側の電磁弁５１を開放して濃縮排水を排水管２８ａから排出した後、電磁弁５１を閉止する。
【００３２】
本実施形態では、電解槽２１内の水量検知を、陽極２５と陰極２６との間の電気抵抗を検知することにより行っている。具体的には、陽極２５および陰極２６が完全に水没した状態における両電極２５，２６間の電気抵抗が出力された際に、制御部６０が満水状態と判断する。そして、満水時の約２倍の抵抗値が出力された際、すなわち、陽極２５および陰極２６の浸水している高さが１／２となった際に、制御部６０が、電気分解を停止（直流電源４０からの電気の供給を停止）し、排水路２８側の電磁弁５１を開放して濃縮排水を排出するようにしている。そして、濃縮排水を排出すると、制御部６０は、電磁弁５１を閉じるとともに、電磁弁５０を開放して、電解槽２１内に水を供給する。以上の過程を繰り返し行うことで、改質装置２０から水素を継続して取り出すようにしている。
【００３３】
このように、本実施形態では、制御部６０が、互いに対向する陽極２５と陰極２６との電気抵抗に基づいて、改質装置２０における給水、電気分解、排水の制御を行っている。
【００３４】
そして、改質装置２０で生成された水素は、水素排出路２４ａから燃料電池３０の水素導入室（導入路）３５に送られる。一方、空気導入室（導入路）３４側には空気が供給されて、燃料電池３０内での電解反応により電気と浄水が生成され、浄水吐出口３０ａから浄水を得ることができる。
【００３５】
この時、カソード（空気極）３１に供給する酸素の供給源として空気を用いているため、酸素ボンベを用いる場合に比べて装置の製造コストを低減させることができる。さらに、酸素を過剰に供給させることができるため、酸素の拡散速度を早くすることができる。その結果、酸素の拡散速度が遅いことによる陽極２５側の反応抵抗を軽減することができ、燃料電池３０の立ち上げ時を早くすることができるとともに、燃料電池３０の反応ロスを抑制することができる。
【００３６】
そして、水生成と同時に発生する電力は電池３６を介して直流電源４０へと還流される。
【００３７】
このように、発電した電力を全量還流することにより、電力の利用効率を高めることができる。
【００３８】
ここで、図２に基づいて、本実施形態にかかる水処理装置（サンプル４）の浄水生成効率を、従来の水処理装置（サンプル１〜３）と比較して説明する。
【００３９】
まず、サンプル１〜４では、いずれも陽極および陰極を、約４ｍｍの電極間距離で対向配置している。また、サンプル１〜４では、同一の燃料電池が用いられている。この燃料電池を用いると、１８０（ｍＬ／Ｈｒ）の浄水を生成することができる。そして、サンプル４のみ、燃料電池で発電された電気を直流電源４０へと還流させている。
【００４０】
ここで、サンプル１では、６（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が１．５Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４１】
また、サンプル２では、３．５（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が０．８Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４２】
また、サンプル３では、３．３（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が０．６Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４３】
また、サンプル４では、３．５（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が０．８Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４４】
そして、それぞれのサンプルの電解槽の電力効率ζ１は、以下の式１から得ることができる。
【００４５】
電力効率ζ１＝Ｉ１×（ＶＨ２＋ＶＯ２）／（Ｉ１×Ｖ１)＝（ＶＨ２＋ＶＯ２）／Ｖ１…（１）
ここで、ＶＨ２は、水素生成の標準電位（Ｖ）であり、理論値はＶＨ２（Ｖ）＝０（Ｖ）である。
【００４６】
また、ＶＯ２は、酸素生成の標準電位（Ｖ）であり、理論値はＶＯ２（Ｖ）＝１．２３（Ｖ）である。
【００４７】
また、Ｉ１は、電流（Ａ）であり、Ｖ１は、上述の電圧（Ｖ）である。
【００４８】
上記の式１に、それぞれのサンプルの電圧Ｖ１を代入して電解槽の電力効率ζ１（−）を計算すると、サンプル１では、ζ１＝０．２１、サンプル２では、ζ１＝０．３５、サンプル３では、ζ１＝０．３７、サンプル４では、ζ１＝０．３５となる。
【００４９】
そして、燃料電池の電力効率ζ２は、以下の式２で求めることができる。
【００５０】
電力効率ζ２＝Ｗ２／（Ｉ２×（ＶＨ２＋ＶＯ２））…（２）
ここで、Ｗ２は、燃料電池の消費電力（Ｗ）であり、Ｗ２（Ｗ）＝１９２（Ｗ）となっている。
【００５１】
また、Ｉ２は、燃料電池内を流れる電流（Ａ）であり、Ｉ２（Ａ）＝２７０（Ａ）となっている。
【００５２】
したがって、燃料電池の電力効率ζ２は、上記Ｗ２（Ｗ）、Ｉ２（Ａ）、ＶＨ２、ＶＯ２を式２に代入することで得られ、電力効率ζ２＝０．５８である。
【００５３】
最後に、水生成のエネルギー利用効率ξを求める。
【００５４】
この浄水生成のエネルギー利用効率ξは、電源還流がない場合には、以下の式３で得ることができ、電流還流がある場合には、以下の式４で得ることができる。
【００５５】
ξ＝ζ1×ζ２…（３）
ξ＝ζ1×ζ２／（１−ζ1×ζ２）…（４）
したがって、サンプル１〜３における水生成のエネルギー利用効率ξは、式３に基づいて、それぞれξ＝０．１２、ξ＝０．２０、ξ＝０．２２となる。
【００５６】
そして、サンプル４における浄水生成のエネルギー利用効率ξは、式４に基づいて、ξ＝０．２５となる。
【００５７】
このように、燃料電池で発電された電気を直流電源４０へと還流させることで、水生成のエネルギー利用効率を高められることが解る。
【００５８】
以上の本実施形態によれば、燃料電池３０で得られた電気を直流電源４０に還流させる構成としたため、水を電気分解する際に外部電源７０から供給される電力を少なくすることができる。その結果、所定量の浄水を得るために外部電源７０から供給される電力を少なくすることができ、浄水生成のエネルギー効率を向上させることができる。このように、浄水生成のエネルギー効率を向上させることで、水処理装置１０の構成の簡素化および小型を図ることができるようになる。なお、原料に水を利用すれば、安全に飲用水を供給することができるようになる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、燃料電池３０で発電した電流を電池３６を介して環流させることで、改質装置２０の電解出力の脈流を抑制することができ、より安定した電解電圧を供給することが可能となる。すなわち、水処理装置１０Ａの定常運転を容易に行うことができる。また、燃料電池３０で発電した電力の余剰電力を蓄電することができるため、発電した電力を無駄なく利用することができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、陽極２５および陰極２６の上方に、酸素貯槽部２３と酸素排出路２３ａ、水素貯槽部２４と水素排出路２４ａを、それぞれ設けており、給水路２７および排水路２８を、電解槽２１の下部（改質装置２０の下部）に形成している。そのため、水の給排水および酸素と水素の生成分離を効率よく行うことができ、水処理装置１０の構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、制御部６０が、互いに対向する陰極２６と陽極２５との間の電気抵抗に基づいて、改質装置２０における給水、電気分解、排水を制御している。そのため、水の電気分解のエネルギー効率を向上させる（無駄なエネルギー損失を減らす）ことができ、水処理装置１０の構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０Ａは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００６３】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、改質装置２０の酸素排出路２３ａを燃料電池３０の酸素導入部３４に連通させるとともに、燃料電池３０で発電した電気を、電池３６を介して直流電源４０に還流させたことにある。
【００６４】
すなわち、改質装置２０における水の電気分解で得られた酸素を、燃料電池３０のカソード（空気極）３１に供給する酸素として利用している。
【００６５】
以上の本実施形態によれば、改質装置２０における水の電気分解で得られた酸素を、燃料電池３０のカソード（空気極）３１に供給する酸素として利用することで、空気を取り入れるためのエアーポンプ等を装着する必要がなくなる。その結果、可動部材を少なくすることができ、水処理装置１０Ａの稼動信頼性を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、燃料電池３０で発電した電流を電池３６を介して環流させることで、改質装置２０の電解出力の脈流を抑制することができ、より安定した電解電圧を供給することが可能となる。すなわち、水処理装置１０Ａの定常運転を容易に行うことができる。また、燃料電池３０で発電した電力の余剰電力を蓄電することができるため、発電した電力を無駄なく利用することができる。
【００６７】
また、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０Ｂは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００６９】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、改質装置２０が、対向する電極（陽極２５および陰極２６）を定期的に逆電する逆電手段（図示せず）を設けたことにある。
【００７０】
この逆電手段としては、公知のものを用いることができる。この逆電手段を動作させると、陽極２５と陰極２６間に逆極性、つまり陽極２５側をマイナス極、陰極２６側をプラス極とする逆電位が印加されることとなる。このように、陽極２５および陰極２６に逆電位を印加して水の電気分解を行うことで、陽極２５および陰極２６の洗浄を行うようにしている。
【００７１】
すなわち、電解槽２１内に水を供給した後、陽極２５および陰極２６に通常運転時の逆電位を印加して水の電気分解を行い、陰極２６に付着したカルシウムスケールを溶解して除去させた後、電解槽２１外に排水する。
【００７２】
この洗浄は、例えば、満水時の電極間の抵抗値が初期抵抗値に対して１０％増加した時点で洗浄操作をするように設定することができる。
【００７３】
なお、洗浄運転時には、陰極２６側で、酸素が生成される。そこで、水素排出路２４ａに三方弁５２を設けることで、通常運転時には、水素排出路２４ａを水素導入室（導入路）３５に連通させるとともに、洗浄運転時には、水素導入室（導入路）３５への通路を閉止するとともに、水素排出路２４ａを外部と連通するようした。
【００７４】
したがって、通常運転時には、陰極２６側で生成された水素を水素導入室（導入路）３５へ供給することができ、洗浄運転時には、陰極２６側で生成された酸素を、三方弁５２を介して水素排出路２４ａから外部へ排出することができる。
【００７５】
このように、本実施形態では、三方弁５２を水素排出路２４ａに設けることで、洗浄運転時に陰極２６側で生成された酸素が水素導入室（導入路）３５に供給されてしまうのを抑制している。
【００７６】
なお、洗浄時期は、所定時間経過後、または、使用回数に応じて、行うようにすることもできる。例えば、通常動作サイクル１０回に対して１回行うようにすることもできる。
【００７７】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、改質装置２０の電極（陽極２５および陰極２６）を洗浄することができ、長期間安定した性能を維持することができるようになる。
【００７９】
（第４実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０Ｃは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００８０】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、直流電源４０に電気を供給する外部電源として太陽電池７１を用いたことにある。
【００８１】
この太陽電池７１も、公知のものを用いることができる。
【００８２】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、屋外や災害時のような外部電源のない場所でも利用することのできる水処理装置１０Ｃを得ることができる。
【００８４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００８５】
例えば、上記各実施形態で説明した特徴部分を適宜組み合わせて水処理装置を構成することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 水処理装置
２０ 改質装置
２３ 酸素貯槽部
２３ａ 酸素排出路
２４ 水素貯槽部
２４ａ 水素排出路
２５ 陽極
２６ 陰極
２７ 給水路
２８ 排水路
３０ 燃料電池
３０ａ 浄水吐出口（吐出口）
３１ カソード
３２ アノード
３４ 空気導入室（導入路）
３５ 水素導入室（導入路）
３６ 電池
４０ 直流電源
５０ 電磁弁
５１ 電磁弁
６０ 制御部
７０ 外部電源
７１ 太陽電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水を電気分解して水素を取出す改質装置と、この改質装置から得られる水素を水素イオンに換えて電解質に導き酸素と反応させて電気を発生する燃料電池本体と、を備え、燃料電池本体で電気の発生とともに生成される水を飲料水とする装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５８０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術のように、電気分解装置を利用して水素を取り出す際の実際のエネルギー効率は、オーム抵抗、反応抵抗、拡散抵抗などが生じるため約２０％となる。また、燃料電池のエネルギー効率は、電気分解装置ほど多くの抵抗が生じないため、電気分解装置よりは高くなるが、約５０％と低いものである。このように、上記従来の技術では、浄水の生成効率は約１０％となり、浄水の生成のためのエネルギー効率が悪かった。
【０００５】
そこで、本発明は、エネルギー効率を向上させることのできる水処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置と、前記改質装置に電気を供給する直流電源と、前記改質装置で得られた水素をアノードに供給する導入路と、空気をカソードに供給する導入路と、を有し、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池と、を備え、前記燃料電池に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口を設けるともに、当該燃料電池で得られた電気を前記直流電源に還流させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池で得られた電気を直流電源に還流させる構成としたため、水を電気分解する際に供給する電力を少なくすることができる。その結果、所定量の浄水を得るために供給される電力が少なくなって、エネルギー効率を向上させることができる。そのため、水処理装置の構成の簡素化および小型を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態にかかる水処理装置のエネルギー効率と従来の水処理装置のエネルギー効率とを比較した図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態にかかる水処理装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１０】
（第１実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０は、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００１１】
改質装置２０には、電気分解する水を貯留する電解槽２１が形成されている。そして、電解槽２１に連通して水を電解槽２１内に供給する給水路２７と、電解槽２１に連通して電気分解後の水を電解槽２１外に排出する排水路２８と、が形成されている。本実施形態では、給水路２７および排水路２８は、電解槽２１の下部（改質装置２０の下部）に形成されている。
【００１２】
また、改質装置２０の電解槽２１内には、互いに対向する陽極２５および陰極２６が配置されており、陽極２５側上方には酸素貯槽部２３が形成されているとともに、当該酸素貯槽部２３には、生成された酸素を排出する酸素排出路２３ａが形成されている。
【００１３】
そして、陰極２６側上方には水素貯槽部２４が形成されているとともに、当該水素貯槽部２４には、生成された水素を排出する水素排出路２４ａが形成されている。この、酸素貯槽部２３と水素貯槽部２４は、電解槽２１の上部に設けた隔壁２２によって画成されており、電気分解によって生成された酸素と水素とが混合してしまうのを抑制している。
【００１４】
陽極２５および陰極２６は、略板状をしており、約４ｍｍの電極間距離でそれぞれの表面が対向するように配置されている。そして、配線２５ａ，２６ａを介して直流電源４０に電気的に接続されている。また、陽極２５および陰極２６は、それぞれの表面が鉛直面となるように配置されている。このように、陽極２５および陰極２６をそれぞれの表面が鉛直面となるように配置することで、水の電気抵抗による熱エネルギーのロスを低減することができる。さらに、生成された気体（水素および酸素）が電極表面に沿って上昇するため、水素と酸素とが混合してしまうのを抑制することができる。
【００１５】
そして、給水路２７は、水道配管などの配管２７ａに電磁弁５０を介して接続されており、排水路２８は、排水管２８ａに電磁弁５１を介して接続されている。この電磁弁５０，５１の開閉によって、電解槽２１内への水の給水や電解槽２１外への水の排水が行われる。なお、電磁弁５０，５１は、配線６１，６２を介して制御部６０に電気的に接続されている。
【００１６】
また、制御部６０は、配線６３を介して直流電源４０にも電気的に接続されており、電磁弁５０，５１の開閉および直流電源４０のオン・オフを制御している。
【００１７】
直流電源４０は、配線４１，４２を介して家庭用電源などの外部電源７０に電気的に接続されており、外部電源７０から電気が供給されるようになっている。なお、外部電源７０から交流電流が供給される場合、直交変換装置によって直流電流に変換されて直流電源４０に供給される。なお、直流電源４０が直交変換装置を備えていてもよい。
【００１８】
燃料電池３０は、改質装置２０で得られた水素をアノード（燃料極）３２に供給する水素導入室（導入路）３５と、空気をカソード（空気極）３１に供給する空気導入室（導入路）３４と、を有している。また、電解質３３が、アノード（燃料極）３２およびカソード（空気極）３１で挟まれている。そして、水素と空気中の酸素とを電気化学反応により発電させることで、電気エネルギーを取り出せるようになっている。
【００１９】
この燃料電池３０としては、公知のものを用いることができる。例えば、電解質３３として、プロトン伝導性の高分子膜を用いると、固体高分子形（ＰＥＦＣ）の燃料電池を製造することができる。また、電解質３３としてリン酸を用いると、リン酸形（ＰＡＦＣ）の燃料電池を製造することができる。また、電解質３３として溶融炭酸塩を用いると、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）の燃料電池を製造することができる。また、電解質３３として安定化ジルコニアを用いると、固体電解質形（ＳＯＦＣ）の燃料電池を製造することができる。
【００２０】
そして、アノード３２及びカソード３１としては、例えば、固体高分子形の燃料電池を製造する場合には、カーボンペーパーに白金等の触媒を塗布したものを用いることができる。また、リン酸形の燃料電池を製造する場合には、アノード３２として、カーボン材に白金又は白金・ルテニウム合金触媒を塗布したものを用い、カソード３１として、カーボン材に白金を塗布したものを用いることができる。また、溶融炭酸塩形の燃料電池を製造する場合には、アノード３２として、ニッケルを主成分としてクロムやアルミが添加された材料を用い、カソード３１として、酸化ニッケルを用いることができる。また、固体電解質形の燃料電池を製造する場合には、アノード３２として、ニッケルと安定化ジルコニアの混合焼結体であるＮｉ／ＹＳＺサーメットを用い、カソード３１として、ランタナマンガナイトを用いることができる。
【００２１】
さらに、本実施形態では、改質装置２０の水素排出路２４ａと水素導入室（導入路）３５とを連通し、改質装置２０で生成された水素が水素導入室（導入路）３５からアノード（燃料極）３２に供給されるようになっている。
【００２２】
また、空気導入室（導入路）３４には、空気通路３４ａが連通されており、当該空気通路３４ａに配置されたエアーポンプ３９によって空気が導入されるようになっている。
【００２３】
そして、燃料電池３０の下部には、当該燃料電池３０にて電気化学反応による発電が行われる際に生成される浄水を取り出す浄水吐出口（吐出口）３０ａが設けられている。
【００２４】
また、燃料電池３０は、配線３１ａ，３２ａを介して充電池等の電池３６に電気的に接続されており、この電池３６は、配線３７，３８を介して直流電源４０に電気的に接続されている。
【００２５】
このように、本実施形態では、燃料電池３０で発電させた電気を、電池３６を介して直流電源４０に環流させている。すなわち、改質装置２０における水の電気分解は、直流電源４０および燃料電池３０で発電させた電気を駆動源として行われている。
【００２６】
次に、水処理装置１０の作用を説明する。
【００２７】
まず、水道配管などの配管２７ａから電磁弁５０を介して電解槽２１内に水を供給し、一定量内部に貯水する。次に、陽極２５および陰極２６に電圧を印加する。このとき、電流密度が１Ａ／ｄｍ２以下となるように、好ましくは、０．６〜０．８Ａ／ｄｍ２となるように、電圧を印加するのが好適である。電流密度が高すぎると生成する気体による電気抵抗が増大してエネルギー効率が低下する上、電極寿命が短くなり、電流密度が低いとエネルギー効率は高くなるが、電極面積を増大する必要がありコストが嵩んでしまうという問題があるためである。
【００２８】
そして、陽極２５および陰極２６に電圧を印加すると、電解槽２１内部の水は、電気分解されて、陽極２５側から酸素が、陰極２６側から水素が生成される。生成された酸素と水素は、それぞれ酸素貯槽部２３および水素貯槽部２４に移動し、酸素排出路２３ａおよび水素排出路２４ａから改質装置２０外へ排出される。
【００２９】
なお、この時の電解槽２１のエネルギー効率は３０％前後となる。
【００３０】
また、電気分解反応が進行するにつれて電解槽２１内の水量が減少するが、一定水位になった際には、電気分解を停止し、排水路２８側の電磁弁５１を開放して濃縮排水を排水管２８ａから排出されるようにしている。この制御は、制御部６０にて行われる。
【００３１】
具体的には、制御部６０は、まず、給水路２７側の電磁弁５０を開放させて電解槽２１内に水を一定量供給した後、電磁弁５０を閉止するようにしている。次に、直流電源４０をオンにし、電解槽２１内に貯水された水を電気分解することで、水素および酸素を生成する。そして、水素および酸素の生成に伴い貯水量が所定量以下に減少した際には、直流電源４０をオフにし、電気分解を停止する。そして、排水路２８側の電磁弁５１を開放して濃縮排水を排水管２８ａから排出した後、電磁弁５１を閉止する。
【００３２】
本実施形態では、電解槽２１内の水量検知を、陽極２５と陰極２６との間の電気抵抗を検知することにより行っている。具体的には、陽極２５および陰極２６が完全に水没した状態における両電極２５，２６間の電気抵抗が出力された際に、制御部６０が満水状態と判断する。そして、満水時の約２倍の抵抗値が出力された際、すなわち、陽極２５および陰極２６の浸水している高さが１／２となった際に、制御部６０が、電気分解を停止（直流電源４０からの電気の供給を停止）し、排水路２８側の電磁弁５１を開放して濃縮排水を排出するようにしている。そして、濃縮排水を排出すると、制御部６０は、電磁弁５１を閉じるとともに、電磁弁５０を開放して、電解槽２１内に水を供給する。以上の過程を繰り返し行うことで、改質装置２０から水素を継続して取り出すようにしている。
【００３３】
このように、本実施形態では、制御部６０が、互いに対向する陽極２５と陰極２６との電気抵抗に基づいて、改質装置２０における給水、電気分解、排水の制御を行っている。
【００３４】
そして、改質装置２０で生成された水素は、水素排出路２４ａから燃料電池３０の水素導入室（導入路）３５に送られる。一方、空気導入室（導入路）３４側には空気が供給されて、燃料電池３０内での電解反応により電気と浄水が生成され、浄水吐出口３０ａから浄水を得ることができる。
【００３５】
この時、カソード（空気極）３１に供給する酸素の供給源として空気を用いているため、酸素ボンベを用いる場合に比べて装置の製造コストを低減させることができる。さらに、酸素を過剰に供給させることができるため、酸素の拡散速度を早くすることができる。その結果、酸素の拡散速度が遅いことによる陽極２５側の反応抵抗を軽減することができ、燃料電池３０の立ち上げ時を早くすることができるとともに、燃料電池３０の反応ロスを抑制することができる。
【００３６】
そして、水生成と同時に発生する電力は電池３６を介して直流電源４０へと還流される。
【００３７】
このように、発電した電力を全量還流することにより、電力の利用効率を高めることができる。
【００３８】
ここで、図２に基づいて、本実施形態にかかる水処理装置（サンプル４）の浄水生成効率を、従来の水処理装置（サンプル１〜３）と比較して説明する。
【００３９】
まず、サンプル１〜４では、いずれも陽極および陰極を、約４ｍｍの電極間距離で対向配置している。また、サンプル１〜４では、同一の燃料電池が用いられている。この燃料電池を用いると、１８０（ｍＬ／Ｈｒ）の浄水を生成することができる。そして、サンプル４のみ、燃料電池で発電された電気を直流電源４０へと還流させている。
【００４０】
ここで、サンプル１では、６（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が１．５Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４１】
また、サンプル２では、３．５（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が０．８Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４２】
また、サンプル３では、３．３（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が０．６Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４３】
また、サンプル４では、３．５（Ｖ）の電圧Ｖ１を印可することで、電流密度が０．８Ａ／ｄｍ２となるようにしている。
【００４４】
そして、それぞれのサンプルの電解槽の電力効率ζ１は、以下の式１から得ることができる。
【００４５】
電力効率ζ１＝Ｉ１×（ＶＨ２＋ＶＯ２）／（Ｉ１×Ｖ１)＝（ＶＨ２＋ＶＯ２）／Ｖ１…（１）
ここで、ＶＨ２は、水素生成の標準電位（Ｖ）であり、理論値はＶＨ２（Ｖ）＝０（Ｖ）である。
【００４６】
また、ＶＯ２は、酸素生成の標準電位（Ｖ）であり、理論値はＶＯ２（Ｖ）＝１．２３（Ｖ）である。
【００４７】
また、Ｉ１は、電流（Ａ）であり、Ｖ１は、上述の電圧（Ｖ）である。
【００４８】
上記の式１に、それぞれのサンプルの電圧Ｖ１を代入して電解槽の電力効率ζ１（−）を計算すると、サンプル１では、ζ１＝０．２１、サンプル２では、ζ１＝０．３５、サンプル３では、ζ１＝０．３７、サンプル４では、ζ１＝０．３５となる。
【００４９】
そして、燃料電池の電力効率ζ２は、以下の式２で求めることができる。
【００５０】
電力効率ζ２＝Ｗ２／（Ｉ２×（ＶＨ２＋ＶＯ２））…（２）
ここで、Ｗ２は、燃料電池の消費電力（Ｗ）であり、Ｗ２（Ｗ）＝１９２（Ｗ）となっている。
【００５１】
また、Ｉ２は、燃料電池内を流れる電流（Ａ）であり、Ｉ２（Ａ）＝２７０（Ａ）となっている。
【００５２】
したがって、燃料電池の電力効率ζ２は、上記Ｗ２（Ｗ）、Ｉ２（Ａ）、ＶＨ２、ＶＯ２を式２に代入することで得られ、電力効率ζ２＝０．５８である。
【００５３】
最後に、水生成のエネルギー利用効率ξを求める。
【００５４】
この浄水生成のエネルギー利用効率ξは、電源還流がない場合には、以下の式３で得ることができ、電流還流がある場合には、以下の式４で得ることができる。
【００５５】
ξ＝ζ1×ζ２…（３）
ξ＝ζ1×ζ２／（１−ζ1×ζ２）…（４）
したがって、サンプル１〜３における水生成のエネルギー利用効率ξは、式３に基づいて、それぞれξ＝０．１２、ξ＝０．２０、ξ＝０．２２となる。
【００５６】
そして、サンプル４における浄水生成のエネルギー利用効率ξは、式４に基づいて、ξ＝０．２５となる。
【００５７】
このように、燃料電池で発電された電気を直流電源４０へと還流させることで、水生成のエネルギー利用効率を高められることが解る。
【００５８】
以上の本実施形態によれば、燃料電池３０で得られた電気を直流電源４０に還流させる構成としたため、水を電気分解する際に外部電源７０から供給される電力を少なくすることができる。その結果、所定量の浄水を得るために外部電源７０から供給される電力を少なくすることができ、浄水生成のエネルギー効率を向上させることができる。このように、浄水生成のエネルギー効率を向上させることで、水処理装置１０の構成の簡素化および小型を図ることができるようになる。なお、原料に水を利用すれば、安全に飲用水を供給することができるようになる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、燃料電池３０で発電した電流を電池３６を介して環流させることで、改質装置２０の電解出力の脈流を抑制することができ、より安定した電解電圧を供給することが可能となる。すなわち、水処理装置１０Ａの定常運転を容易に行うことができる。また、燃料電池３０で発電した電力の余剰電力を蓄電することができるため、発電した電力を無駄なく利用することができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、陽極２５および陰極２６の上方に、酸素貯槽部２３と酸素排出路２３ａ、水素貯槽部２４と水素排出路２４ａを、それぞれ設けており、給水路２７および排水路２８を、電解槽２１の下部（改質装置２０の下部）に形成している。そのため、水の給排水および酸素と水素の生成分離を効率よく行うことができ、水処理装置１０の構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、制御部６０が、互いに対向する陰極２６と陽極２５との間の電気抵抗に基づいて、改質装置２０における給水、電気分解、排水を制御している。そのため、水の電気分解のエネルギー効率を向上させる（無駄なエネルギー損失を減らす）ことができ、水処理装置１０の構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０Ａは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００６３】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、改質装置２０の酸素排出路２３ａを燃料電池３０の酸素導入部３４に連通させるとともに、燃料電池３０で発電した電気を、電池３６を介して直流電源４０に還流させたことにある。
【００６４】
すなわち、改質装置２０における水の電気分解で得られた酸素を、燃料電池３０のカソード（空気極）３１に供給する酸素として利用している。
【００６５】
以上の本実施形態によれば、改質装置２０における水の電気分解で得られた酸素を、燃料電池３０のカソード（空気極）３１に供給する酸素として利用することで、空気を取り入れるためのエアーポンプ等を装着する必要がなくなる。その結果、可動部材を少なくすることができ、水処理装置１０Ａの稼動信頼性を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、燃料電池３０で発電した電流を電池３６を介して環流させることで、改質装置２０の電解出力の脈流を抑制することができ、より安定した電解電圧を供給することが可能となる。すなわち、水処理装置１０Ａの定常運転を容易に行うことができる。また、燃料電池３０で発電した電力の余剰電力を蓄電することができるため、発電した電力を無駄なく利用することができる。
【００６７】
また、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０Ｂは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００６９】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、改質装置２０が、対向する電極（陽極２５および陰極２６）を定期的に逆電する逆電手段（図示せず）を設けたことにある。
【００７０】
この逆電手段としては、公知のものを用いることができる。この逆電手段を動作させると、陽極２５と陰極２６間に逆極性、つまり陽極２５側をマイナス極、陰極２６側をプラス極とする逆電位が印加されることとなる。このように、陽極２５および陰極２６に逆電位を印加して水の電気分解を行うことで、陽極２５および陰極２６の洗浄を行うようにしている。
【００７１】
すなわち、電解槽２１内に水を供給した後、陽極２５および陰極２６に通常運転時の逆電位を印加して水の電気分解を行い、陰極２６に付着したカルシウムスケールを溶解して除去させた後、電解槽２１外に排水する。
【００７２】
この洗浄は、例えば、満水時の電極間の抵抗値が初期抵抗値に対して１０％増加した時点で洗浄操作をするように設定することができる。
【００７３】
なお、洗浄運転時には、陰極２６側で、酸素が生成される。そこで、水素排出路２４ａに三方弁５２を設けることで、通常運転時には、水素排出路２４ａを水素導入室（導入路）３５に連通させるとともに、洗浄運転時には、水素導入室（導入路）３５への通路を閉止するとともに、水素排出路２４ａを外部と連通するようした。
【００７４】
したがって、通常運転時には、陰極２６側で生成された水素を水素導入室（導入路）３５へ供給することができ、洗浄運転時には、陰極２６側で生成された酸素を、三方弁５２を介して水素排出路２４ａから外部へ排出することができる。
【００７５】
このように、本実施形態では、三方弁５２を水素排出路２４ａに設けることで、洗浄運転時に陰極２６側で生成された酸素が水素導入室（導入路）３５に供給されてしまうのを抑制している。
【００７６】
なお、洗浄時期は、所定時間経過後、または、使用回数に応じて、行うようにすることもできる。例えば、通常動作サイクル１０回に対して１回行うようにすることもできる。
【００７７】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、改質装置２０の電極（陽極２５および陰極２６）を洗浄することができ、長期間安定した性能を維持することができるようになる。
【００７９】
（第４実施形態）
本実施形態にかかる水処理装置１０Ｃは、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、水を電気分解することで水素を取り出す改質装置２０と、当該改質装置２０に電気を供給する直流電源４０と、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池３０と、を備えている。
【００８０】
ここで、本実施形態が上記第１実施形態と主に異なる点は、直流電源４０に電気を供給する外部電源として太陽電池７１を用いたことにある。
【００８１】
この太陽電池７１も、公知のものを用いることができる。
【００８２】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、屋外や災害時のような外部電源のない場所でも利用することのできる水処理装置１０Ｃを得ることができる。
【００８４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００８５】
例えば、上記各実施形態で説明した特徴部分を適宜組み合わせて水処理装置を構成することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 水処理装置
２０ 改質装置
２３ 酸素貯槽部
２３ａ 酸素排出路
２４ 水素貯槽部
２４ａ 水素排出路
２５ 陽極
２６ 陰極
２７ 給水路
２８ 排水路
３０ 燃料電池
３０ａ 浄水吐出口（吐出口）
３１ カソード
３２ アノード
３４ 空気導入室（導入路）
３５ 水素導入室（導入路）
３６ 電池
４０ 直流電源
５０ 電磁弁
５１ 電磁弁
６０ 制御部
７０ 外部電源
７１ 太陽電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解することで水素を取り出す改質装置と、
前記改質装置に電気を供給する直流電源と、
前記改質装置で得られた水素をアノードに供給する導入路と、空気をカソードに供給する導入路と、を有し、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
を備え、
前記燃料電池に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口を設けるともに、当該燃料電池で得られた電気を前記直流電源に還流させたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
水を電気分解することで水素を取り出す改質装置と、
前記改質装置に電気を供給する直流電源と、
前記改質装置で得られた水素をアノードに供給する導入路と、前記改質装置で得られた酸素をカソードに供給する導入路と、を有し、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
を備え、
前記燃料電池に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口を設けるともに、当該燃料電池で得られた電気を、電池を介して前記直流電源に還流させたことを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
前記改質装置は、前記直流電源に接続されるとともに互いに対向する陰極および陽極と、前記陰極側上方に位置する水素貯槽部および水素排出路と、前記陽極側上方に位置する酸素貯槽部および酸素排出路と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記改質装置の下部には、電気分解する水を供給する給水路と、電気分解後の水を排出する排水路と、が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記改質装置は、前記給水路および排水路にそれぞれ設けられた電磁弁と前記直流電源とを制御する制御部を備えており、
前記制御部は、互いに対向する前記陰極と前記陽極との間の電気抵抗に基づいて、前記改質装置における給水、電気分解、排水を制御していることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記改質装置は、対向する電極を逆電する逆電手段を備えることを特徴とする請求項３〜５のうちいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記直流電源への電気供給源として太陽電池を用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１】
水を電気分解することで水素を取り出す改質装置と、
前記改質装置に電気を供給する直流電源と、
前記改質装置で得られた水素をアノードに供給する導入路と、空気をカソードに供給する導入路と、を有し、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
を備え、
前記燃料電池に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口を設けるともに、当該燃料電池で得られた電気を前記直流電源に還流させたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
水を電気分解することで水素を取り出す改質装置と、
前記改質装置に電気を供給する直流電源と、
前記改質装置で得られた水素をアノードに供給する導入路と、前記改質装置で得られた酸素をカソードに供給する導入路と、を有し、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池と、
を備え、
前記燃料電池に、電気化学反応による発電の際に得られる浄水を取り出す吐出口を設けるともに、当該燃料電池で得られた電気を、電池を介して前記直流電源に還流させたことを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
前記改質装置は、前記直流電源に接続されるとともに互いに対向する陰極および陽極と、前記陰極側上方に位置する水素貯槽部および水素排出路と、前記陽極側上方に位置する酸素貯槽部および酸素排出路と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記改質装置の下部には、電気分解する水を供給する給水路と、電気分解後の水を排出する排水路と、が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記改質装置は、前記給水路および排水路にそれぞれ設けられた電磁弁と前記直流電源とを制御する制御部を備えており、
前記制御部は、互いに対向する前記陰極と前記陽極との間の電気抵抗に基づいて、前記改質装置における給水、電気分解、排水を制御していることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記改質装置は、対向する電極を逆電する逆電手段を備えることを特徴とする請求項３〜５のうちいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記直流電源への電気供給源として太陽電池を用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５３０３７（Ｐ２０１１−１５３０３７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３９４３（Ｐ２０１０−１３９４３）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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