燃料電池用燃料、燃料電池およびそれを用いた発電方法
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、電解液を振動攪拌下で電気分解し捕集することにより得られた水素系−酸素系混合ガスを供給するための供給口を燃料極側に設け、かつ水素系−酸素系混合ガスを供給される側の燃料極をガス透過性とした燃料電池。水素系−酸素系混合ガスは、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、振動撹拌下で電解液を電気分解することにより得られる新規な水素系−酸素系混合ガス及び水素系ガス、それらよりなる燃料電池用燃料、それを用いた発電方法および燃料電池に関する。
【背景技術】
従来、燃料電池による発電は、水素を燃料極（通常はマイナス極である）に供給し、一方酸素または空気を空気極（通常はプラス極である）に供給することにより行なわれている。その理由は、燃料極には水素のみを供給しなければ
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−
の反応は進まず、また空気極に酸素または空気のような酸素含有ガスを供給しなければ、
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
の反応は起きないと考えられていたからである。
この技術に関連して、特開２００２−３４８６９４号公報には、ブラウンガスを燃料電池の燃料として用いることが記載されている。しかし、この場合は、水素と酸素とを分離するための分離器が必要であり、燃料ガスの原価を押上げる大きな要因になっていた。前記のような反応を考えると、水素と酸素との分離が不可避であると思うのは、当然のことでもあった。
さらに今までの燃料電池においては、燃料電池内に電解質層を設けることが不可欠であり、燃料電池のタイプにより電解質層を形成する電解質の種類が決まっていた。例えば、アルカリ水溶液型燃料電池における電解質は水酸化カリウム、酸水溶液型燃料電池における電解質はりん酸、溶融炭酸塩型燃料電池における電解質は炭酸リチウムまたは炭酸カリウム、固体酸化物燃料電池における電解質は安定化ジルコニア、固体高分子型燃料電池における電解質はイオン交換膜というように、電解質層の使用は不可欠であり、これらの電解質層の存在が燃料電池の小型化や低価格化の足かせになっていたのが実情である。
【発明の開示】
本発明の第一の目的は、燃料電池用燃料として利用可能な、新規な水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを提供する点にある。
本発明の第二の目的は、新規な水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスよりなる燃料電池用燃料を提供する点にある。
本発明の第三の目的は、電解質層を有さない新規な燃料電池を提供する点にある。
本発明の第四の目的は、新規な水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを燃料として用いる発電方法及び燃料電池を提供する点にある。
即ち、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むことを特徴とする水素系−酸素系混合ガスが提供される。本発明の一態様においては、前記水素系−酸素系混合ガスは
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである。本発明の一態様においては、前記水素系−酸素系混合ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られたものである。
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、上記水素系−酸素系混合ガスよりなる燃料電池用燃料が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨとを含むことを特徴とする水素系ガスが提供される。本発明の一態様においては、前記水素系ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られたものである。
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、上記水素系ガスよりなる燃料電池用燃料が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなることを特徴とする燃料電池が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られた水素系ガスを供給するための供給口を燃料極側に設け、かつ前記水素系ガスを供給される側の燃料極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスを供給するための供給口を燃料極側または燃料極側と空気極側との両方に設け、かつ前記水素系−酸素系混合ガスを供給される側の極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池が提供される。
本発明の一態様においては、前記振動撹拌手段が、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連結された少なくとも１つの振動棒および該振動棒に取付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とを含むものである。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池のガス透過性燃料極側またはガス透過性燃料極側とガス透過性空気極側との両方に、燃料として供給して発電することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法が提供される。
以上のような本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、燃料電池用燃料として使用すると、従来の水素ガスを用いた場合に較べて驚くほど高いエネルギー効率（２〜３．５倍の電力を発生できる）を示す。これは、その成分中にＯＨを含有していること、さらにはＨ、Ｈ３および／またはＨＤを含有していることによるものと推定される。
（２）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、通常のブラウンガスに比べて極めて安全であり、貯蔵しておくことが事実上可能であり、ガス組成も驚くべきことに少なくとも１〜２ヶ月間は変化がなく、その結果、ガス製造直後と同一の発電能力を保つ。
（３）通常のブラウンガスは危険性が高いので、圧縮することはできないが、本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２程度まで圧縮しても安全であり、この状態で貯蔵可能である。
（４）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、従来から用いられている燃料電池の燃料としてそのまま使用しても従来の水素ガスを用いたときの２〜３．５倍の電力が得られる。
（５）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを用いる場合には、従来の燃料電池では必要条件とされている電解質層を設けなくともよく、その代わりに燃料極と空気極とがショートしないような中空層を存在させるだけでよいので、電解質が不要の分だけコスト削減につながる。
（６）本発明の電解質層が不要な燃料電池は、構造が簡素化され、製造コスト、修理コストが低減するとともに、故障の確率も低減する。
（７）従来の水素ガスを用いた燃料電池では、供給ガスを８０℃程度に加温して水素と酸素の反応を促進してやる必要があり、また結露を防ぐためにも８０℃に保温しておく必要があった。しかし、本発明の水素系ガスや、水素系−酸素系混合ガスを用いる場合には、加温の必要は全くない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図２、図１の水素系−酸素系混合ガス発生手段の平面図である。
図３は、図１のガス発生手段の側面図である。
図４は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の他の１例を示す断面図である。
図５は、図４のガス発生手段の平面図である。
図６は、図４のガス発生手段の断面図である。
図７は、図１または図４のガス発生手段の部分拡大断面図である。
図８Ａは、電極群の構成を示す斜視図である。
図８Ｂは、電極群の構成を示す正面図である。
図９Ａは、電極群を構成する絶縁体枠を示す正面図である。
図９Ｂは、電極群を構成する電極を示す正面図である。
図１０は、図４のガス発生手段の部分拡大平面図である。
図１１は、図１または図４のガス発生手段の振動部材への振動棒の取り付け部の拡大断面図である。
図１２は、振動部材への振動棒の取り付け部の変形例を示す拡大断面図である。
図１３は、図１または図４のガス発生手段の振動棒への振動羽根の取り付け部の拡大断面図である。
図１４は、振動羽根の長さとしなりの程度との関係を示すグラフである。
図１５は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１６は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１７は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１８は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１９は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図２０は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段を構成する振動撹拌手段の電解槽への取り付けの形態を示す断面図である。
図２１は、図２０に示される振動撹拌手段の断面図である。
図２２は、図２０に示される振動撹拌手段の平面図である。
図２３Ａ〜図２３Ｃは、積層体の平面図である。
図２４Ａ及び図２４Ｂは、積層体による電解槽の閉塞の様子を示す断面図である。
図２５Ａ〜図２５Ｅは、積層体の断面図である。
図２６は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図２７は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図２８は、図２７のガス発生手段の断面図である。
図２９は、図２７のガス発生手段の平面図である。
図３０は、振動棒の電気的絶縁領域の近傍を示す部分拡大断面図である。
図３１は、振動棒の電気的絶縁領域の斜視図である。
図３２は、振動棒の電気的絶縁領域の平面図である。
図３３は、絶縁式振動撹拌手段の側面図である。
図３４は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図３５は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図３６は、振動羽根の近傍を示す断面図である。
図３７は、電極用補助羽根を示す図である。
図３８は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図３９は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図４０は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図４１は、図４０のガス発生手段の断面図である。
図４２は、図４０のガス発生手段の平面図である。
図４３は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す部分断面図である。
図４４は、図４３のガス発生手段の断面図である。
図４５は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。
図４６は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。
図４７は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。
図４８は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す部分断面図である。
図４９は、図４８の振動撹拌手段の部分側面図である。
図５０は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す部分側面図である。
図５１は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図５２は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図５３は、図５２のガス発生手段の断面図である。
図５４は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図５５は、図５４のガス発生手段の断面図である。
図５６は、電極部材を構成する円柱状チタン網ケースの斜視図である。
図５７は、電極部材の正面図である。
図５８Ａ〜図５８Ｅは、振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。
図５９は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段のガス捕集手段の一部を示す図である。
図６０は、本発明の水素系−酸素系混合ガス発生手段から燃料電池の燃料極へ水素系−酸素系混合ガスを送る場合の安全装置の１例を示す図である。
図６１は、蓋部材の変形例を示す斜視図である。
図６２は、本発明による発電方法の実施される燃料電池の模式図である。
図６３は、水素−酸素混合ガス（生ガス）の質量分析で得られたデータの一部を示す図である。
図６４は、水素−酸素混合ガス（処理ガス）の質量分析で得られたデータの一部を示す図である。
図６５は、本発明の水素系−酸素系混合ガス発生手段の他の１例を示す断面図である。
図６６は、図６５のガス発生手段の断面図である。
図６７は、図６５のガス発生手段の部分拡大図である。
図６８は、振動棒部分のシール（気密化）手段の１例を示す断面図である。
図６９は、小型固体高分子型燃料電池の構成を示す図である。
図７０は、図６９の構成を組み立てた燃料電池の外観を示す図である。
図７１は、本発明の水素系−酸素系混合ガスの燃焼により得られた火焔スペクトル図である。
図７２は、本発明の水素系−酸素系混合ガスを用いるときの安全装置の１例を示す図である。
図７３は、固体高分子電解質型燃料電池の１例を示す構成図である。
図７４は、燃料電池の構造をモデル的に示す図である。
図７５は、メタノール型燃料電池の概略図である。
図７６は、単室型固体酸化物型燃料電池の概略図である。
図７７は、図７６の燃料電池の部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態を説明する。尚、図面において、同様な機能を有する部材又は部分には同一の符号が付されている。
図１〜図３は本発明による水素系−酸素系混合ガスの製造に使用される水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す図である。ここで、図１は断面図であり、図２は平面図であり、図３は側面図である。また、図４〜図６は本発明による水素系−酸素系混合ガスの製造に使用される水素系−酸素系混合ガス発生手段の他の具体例の構成を示す図である。ここで、図１は断面図であり、図２は平面図であり、図３は断面図である。図４〜図６の具体例は図１〜図３の具体例と本質的には同様な機能を有しており、以下の説明は、主として図１〜図３を参照しているが、図４〜図６についても同様にあてはまるものである。
これらの図において、１０Ａは電解槽であり、該電解槽には電解液１４が収容されている。１６は振動撹拌手段である。該振動撹拌手段１６は、電解槽１０Ａとは別に配置された支持台１００に防振ゴムを介して取り付けられた基台１６ａ、該基台に下端を固定された振動吸収部材としてのコイルバネ１６ｂ、該コイルバネの上端に固定された振動部材１６ｃ、該振動部材に取り付けられた振動モータ１６ｄ、振動部材１６ｃに上端を取り付けられた振動棒（振動伝達ロッド）１６ｅ、該振動棒の下半部において電解液１４に浸漬する位置に回転不能に複数段に取り付けられた振動羽根１６ｆを有する。振動モータ１６ｄ及び振動部材１６ｃを含んで振動発生手段が構成され、該振動発生手段が振動棒１６ｅと連係している。また、振動棒１６ｅ及び振動羽根１６ｆを含んで振動撹拌部材が構成され、該振動撹拌部材と上記振動発生部材とを含んで振動撹拌手段が構成されている。コイルバネ１６ｂ内には、後述の図１６その他に示されているように、棒状のガイド部材を配置することができる。
尚、振動撹拌手段における振動発生手段としては、振動発生源として一般の機械式振動モータを用いたもの以外にマグネット振動モータやエアー振動モータ等を用いたものを使用することも可能である。
振動モータ１６ｄは例えば後述の図１５に示されるインバータ３５を用いた制御により例えば１０〜５００Ｈｚ、好ましくは１０〜２００Ｈｚ、更に好ましくは１０〜１２０Ｈｚ、とくに好ましくは２０〜６０Ｈｚで振動する。振動モータ１６ｄで発生した振動は、振動部材１６ｃ及び振動棒１６ｅを介して振動羽根１６ｆに伝達される。振動羽根１６ｆは、電解液１４中で所要の振動数で先端縁が振動する。この振動は、振動羽根１６ｆが振動棒１６ｅへの取り付け部分から先端縁へと「しなる」ように発生する。この振動の振幅及び振動数は、振動モータ１６ｄのものとは異なるが、振動伝達経路の力学的特性及び電解液１４との相互作用の特性などに応じて決まり、本発明では、通常、振幅０．０１〜３０ｍｍ、好ましくは０．１〜１０ｍｍで、振動数６００〜３００００回／分、好ましくは６００〜１２０００回／分、更に好ましくは６００〜７２００回／分、特に好ましくは１２００〜３６００回／分である。
図１１は振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の拡大断面図である。振動棒１６ｅの上端に形成されたオネジ部に、振動部材１６ｃの上側から振動応力分散部材１６ｇ及びワッシャ１６ｈを介してナット１６ｉを適合させており、振動部材１６ｃの下側から振動応力分散部材１６ｇを介してナット１６ｉを適合させている。振動応力分散部材１６ｇは、振動応力分散手段として用いられており、例えばゴムからなる。振動応力分散部材１６ｇは、例えば硬い天然ゴム、硬い合成ゴム、合成樹脂等のショアーＡ硬度８０〜１２０、好ましくは９０〜１００の硬質弾性体により構成することができる。とくに、ショアーＡ硬度９０〜１００の硬質ウレタンゴムが耐久性、耐薬品性の点で好ましい。振動応力分散手段を使用することにより、振動部材１６ｃと振動棒１６ｅとの接合部分の近辺への振動応力の集中が防止され、振動棒１６ｅが折れにくくなる。とくに、振動モータ１６ｄの振動周波数を１５０Ｈｚ以上に高くした場合や液が高粘度の場合には、振動棒１６ｅの折れ発生防止の効果は顕著である。
図１２は振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の変形例を示す拡大断面図である。この変形例は、図１１の取り付け部とは、振動部材１６ｃの上側に振動応力分散部材１６ｇを配置しないこと、及び振動部材１６ｃと振動応力分散部材１６ｇとの間に球面スペーサ１６ｘを介在させたことが異なるのみであり、他は同様である。
図１３は振動棒１６ｅへの振動羽根１６ｆの取り付け部の拡大断面図である。振動羽根１６ｆの各々の上下両側には、振動羽根固定部材１６ｊが配置されている。隣接する振動羽根１６ｆどうしの間には固定部材１６ｊを介して振動羽根１６ｆの間隔設定のためのスペーサリング１６ｋが配置されている。尚、最上部の振動羽根１６ｆの上側及び最下部の振動羽根１６ｆの下側には、図１に示されているように、スペーサリング１６ｋを介して又は介することなく、振動棒１６ｅに形成されたオネジに適合するナット１６ｍが配置されている。図１３に示されているように、各振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとの間にフッ素系樹脂やフッ素系ゴムなどからなる振動応力分散手段としての弾性部材シート１６ｐを介在させることで、振動羽根１６ｆの破損を防止することができる。弾性部材シート１６ｐは、振動羽根１６ｆの破損防止効果を一層高めるために、固定部材１６ｊから若干はみ出すように配置するのが好ましい。図示されているように、上側の固定部材１６ｊの下面（押圧面）は凸状面とされており、下側の固定部材１６ｊの上面（押圧面）は対応する凹状面とされている。これにより、固定部材１６ｊにより上下方向から押圧される振動羽根１６ｆの部分は湾曲せしめられ、振動羽根１６ｆの先端部は水平面に対して角度αをなしている。この角度αは、例えば−３０°以上３０°以下好ましくは−２０°以上２０°以下とすることができる。特に、角度αは、−３０°以上−５°以下または５°以上３０°以下、好ましくは−２０°以上−１０°以下または１０°以上２０°以下とするのが好ましい。固定部材１６ｊの押圧面を平面とした場合には、角度αは０°である。角度αは、全ての振動羽根１６ｆについて同一である必要はなく、例えば、下方の１〜２枚の振動羽根１６ｆについては−の値（即ち下向き：図１３に示される向き）とし、それ以外の振動羽根１６ｆについては＋の値（即ち上向き：図１３に示されるものと逆の向き）とすることができる。振動羽根を下向きにつけると、電解により発生する活性ガスが上部に逃げにくくなり、液中への溶存、溶解に有効であり、好ましい。
振動羽根１６ｆとしては、弾力性のある金属板、合成樹脂板またはゴム板などを用いることができる。振動羽根１６ｆの厚みは、振動条件や電解液１４の粘度などにより好ましい範囲は異なるが、振動撹拌手段１６の作動時に、振動羽根が折れることなく、振動撹拌の効率を高めるように振動羽根１６ｆの先端部分が“フラッター現象”（波打つような状態）を呈するように設定される。振動羽根１６ｆがステンレス鋼板などの金属板からなる場合には、その厚みは０．２〜２ｍｍとすることができる。また、振動羽根１６ｆが合成樹脂板やゴム板からなる場合には、その厚みは０．５〜１０ｍｍとすることができる。振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとを一体成形したものを使用することもできる。この場合は、振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとの接合部に電解液１４が浸入し固形分が固着して洗浄に手間がかかるというような問題を回避することができる。
金属製の振動羽根１６ｆの材質としては、チタン、アルミニウム、銅、鉄鋼、ステンレス鋼、磁性鋼などの磁性金属、これらの合金が挙げられる。合成樹脂製の振動羽根１６ｆの材質としては、ポリカーボネート、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレンなどが挙げられる。振動羽根は、プラスチック部材の表面にめっきなどにより導電処理を施したものであってもよい。
電解液１４内での振動羽根１６ｆの振動に伴って発生する振動羽根の“フラッター現象”の程度は、振動モータ１６ｄの振動の周波数、振動羽根１６ｆの長さ（固定部材１６ｊの先端縁から振動羽根１６ｆの先端縁までの寸法：後述の図３６のＤ２）と厚み、及び電解液１４の粘度や比重などによって変化する。与えられた周波数においてもっともよく“しなる”振動羽根１６ｆの長さと厚みとを選択することができる。振動モータ１６ｄの振動の周波数と振動羽根１６ｆの厚みとを一定にして、振動羽根１６ｆの長さを変化させてゆくと、振動羽根のしなりの程度は図１４に示すようになる。即ち、長さｍが大きくなるに従って、ある段階までは大きくなるが、それをすぎるとしなりの程度Ｆは小さくなり、ある長さのときには殆どしなりがなくなり、さらに振動羽根を長くするとまたしなりが大きくなるという関係をくりかえすことが判った。
振動羽根の長さは、第１回目のピークを示す長さＬ１か、第２回目のピークを示す長さＬ２を選択することが好ましい。Ｌ１にするかＬ２にするかは、系の振動を強くするか流動を強くするかに応じて適宜選択できる。
振動周波数３７〜６０Ｈｚ、７５ｋＷの振動モータでステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製の振動羽根の種々の厚みのものについて、Ｌ１及びＬ２を求めたところ、以下のような結果が得られた。
厚み Ｌ１ Ｌ２
０．１０ｍｍ 約１５ｍｍ −
０．２０ｍｍ 約２５ｍｍ 約７０ｍｍ
０．３０ｍｍ 約４５ｍｍ １１０〜１２０ｍｍ
０．４０ｍｍ 約５０ｍｍ １４０〜１５０ｍｍ
０．５０ｍｍ 約５５ｍｍ 約１７０ｍｍ
尚、この実験において、振動棒１６ｅの中心から固定部材の先端までの距離は２７ｍｍであり、振動羽根１６ｆの傾斜角度αは上向き１５°（＋１５°）とした。
以上のような振動撹拌手段１６としては、以下の文献（これらは本発明者の発明に係る特許出願に関するものである）及び本出願人による特許出願である特願２００１−１３５５２８、特願２００１−３３８４２２に記載されているような振動撹拌機（振動撹拌装置）を使用することが可能である：
特開平３−２７５１３０号公報（特許第１９４１４９８号）、
特開平６−２２０６９７号公報（特許第２７０７５３０号）、
特開平６−３１２１２４号公報（特許第２７６２３８８号）、
特開平８−２８１２７２号公報（特許第２７６７７７１号）、
特開平８−１７３７８５号公報（特許第２８５２８７８号）、
特開平７−１２６８９６号公報（特許第２９１１３５０号）、
特開平９−４０４８２号公報（特許第２９１１３９３号）、
特開平１１−１８９８８０号公報（特許第２９８８６２４号）、
特開平７−５４１９２号公報（特許第２９８９４４０号）、
特開平６−３３０３９５号公報（特許第２９９２１７７号）、
特開平６−２８７７９９号公報（特許第３０３５１１４号）、
特開平６−２８００３５号公報（特許第３２４４３３４号）、
特開平６−３０４４６１号公報（特許第３１４２４１７号）、
特開平１０−４３５６９号公報（特許第３３２０９８４号）、
特開平１０−３０９４５３号公報、
特開平１１−２５３７８２号公報（特許第３１９６８９０号）、
特開２０００−２８２２９３号公報（特許第３０４６５９４号）、
特開２０００−３１７２９５号公報
特開２００２−０５３９９９号公報
特開２００２−１２１６９９号公報
特開２００２−１４６５９７号公報
ＷＯ ０２／０９０６２１Ａ１
ＷＯ ０３／０００３９５Ａ１
ＷＯ ０３／０４８４２４Ａ１。
本発明において、振動撹拌手段１６は、図１に示されている様に、電解槽の両端部に配置しても良いが、一方の端部のみに配置しても良い。また、振動羽根として両側に対称的に延びているものを使用すれば、振動撹拌手段１６を電解槽の中央に配置し、その両側に後述の様な電極群を配置することも可能である。
なお、本発明において、特開平６−３０４４６１号公報に記載されている様な振動羽根が電解槽の底部に存在するタイプの振動撹拌手段を用いることにより、電解槽内の電極群の配置スペースが広くなり、電解槽の容積あたりのガス発生量を高めることができるとともに、上下方向に沿って電極を配置する場合には電極として後述の多孔性のものを使用する必要がなくなるという利点がある。
再び図１〜図３を参照する。本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の具体例では、電解槽１０Ａの両端部にそれぞれ上記の様な振動撹拌手段１６が配置されている。電解槽１０Ａの中央部には、電極対を構成する板状の陽極部材２ｘ及び板状の陰極部材２ｙが互いに平行に配置されている。一方の振動撹拌手段１６は陽極部材２ｘの表面（主面）と対向するように配置されており、他方の振動撹拌手段１６は陰極部材２ｙの表面（主面）と対向するように配置されている。
陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙの材料としては、通常の水の電気分解に使用されるものを使用することができる。たとえば、陽極部材として二酸化鉛、マグネタイト、フェライト、黒鉛、白金、Ｐｔ−Ｉｒ合金、チタン合金、貴金属被覆チタン（例えば白金被覆チタン）などが例示でき、陰極部材としてロジウム、ニッケル、ニッケル合金（Ｎｉ−Ｍｏ２、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｄ、Ｎｉ−Ｓｘ、ラネーニッケル等）、チタン合金等の貴金属が例示できる。陽極と陰極との間の距離は、例えば５ｍｍ〜４００ｍｍである。
陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは板状体であるから、これを多孔性のものとすることで、図１に示すように、振動撹拌手段１６の振動羽根１６ｆによる振動撹拌で発生せしめられる電解液１４の流動を遮るように振動羽根１６ｆに向かう方向に対してほぼ直角に設けられる場合にも、小孔を通って電解液１４がスムースに流動することができる。小孔の形状は円形状でも多角形状でもよく、特に制限はない。また、小孔の大きさや数は電極本来の目的と多孔性にする目的との双方のバランスを考えて、適宜設定するのが好ましい。電極における小孔の面積割合は、有効面積（即ち電解液１４と接触する面積）で、電極面積が５０％以上となる様にするのが好ましい。多孔性電極は網状または籠状であっても良い。
陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは、それぞれ不図示の陽極主ブスバー及び陰極主ブスバーに接続されており、これら陽極主ブスバー及び陰極主ブスバーは図１に示されている電源（例えば整流器）３４に接続されている。該電源３４と陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙとを含んで電気分解手段が構成される。
多数枚の電極即ち陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙを一定の間隔で電解槽内にセットするためには、絶縁体枠／電極／絶縁体枠／……電極／絶縁体枠という形で電極群を組み立てることが好ましい。図８Ａにその基本的組合せである絶縁体枠７０と電極７１との組合せ態様を示す。図９Ａは、絶縁体枠の平面図であり、図９Ｂは電極の平面図であり、図８Ｂは図９Ａの絶縁体枠７０の後に図９Ｂの電極を重ねたときの平面図である。電極は板状体であるから、例えば図１や図２に示すように振動撹拌手段に向かう方向に対して直角に電極板を設ける場合には電極板を多孔質のものとする必要がある。一方、振動撹拌手段に向かう方向と平行に電極板を設ければ、電極板を多孔質にする必要は必ずしもない。また、この場合には電極板を上下方向及び水平方向のいずれにも配置することができる。前記絶縁体枠を形成している絶縁体としては、天然ゴム、合成ゴム、合成樹脂などを用いることができる。
電源３４は、直流を発生するものであればよく、通常の平滑な直流でもよいが、その他の種々の波形の電流を使用することができる。この様な電解電流の波形は、例えば、「電気化学」第２４巻３９８〜４０３頁、同４４９〜４５６頁、１９９６年４月１５日全国鍍金材料組合連合会発行、「めっき技術ガイド」３７８〜３８５頁、昭和５８年６月１５日（株）広信社発行「表面技術総覧」３０１〜３０２頁、同５１７〜５２７頁、同１０５０〜１０５３頁、昭和４６年７月２５日日刊工業新聞社発行「めっき技術便覧」３６５〜３６９頁、同６１８〜６２２頁等に記載されている。
本発明では、とりわけ、エネルギー効率の向上の観点から、パルス波形のうちの矩形波パルス波形のものを使用することが好ましい。この様な電源（電源装置）は、交流電圧から矩形波状電圧を作成することができるものであり、このような電源は例えばトランジスタを用いた整流回路を有するものであり、パルス電源装置として知られている。このような電源装置または整流器としては、トランジスタ調整式電源、ドロッパー方式の電源、スイッチング電源、シリコン整流器、ＳＣＲ型整流器、高周波型整流器、インバータデジタル制御方式の整流器〔例えば（株）中央製作所製のＰｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ［登録商標］〕、（株）三社電機製作所製のＫＴＳシリーズ、四国電機株式会社製のＲＣＶ電源、スイッチングレギュレータ式電源とトランジスタスイッチとからなりトランジスタスイッチがＯＮ−ＯＦＦすることで矩形波状のパルス電流を供給するもの、高周波スイッチング電源（交流をダイオードにて直流に変換した後にパワートランドスタで２０〜３０ＫＨｚの高周波をトランスに加えて再度整流、平滑化し出力を取り出す）、ＰＲ式整流器、高周波制御方式の高速パルスＰＲ電源〔例えばＨｉＰＲシリーズ（株）千代田〕などが利用可能である。
陽極部材と陰極部材との間に印加する電圧は、通常の水の電気分解の場合と同様である。
電解液１４は、電解質を含む水である。ここにおける電解質としては、水溶性のアルカリ金属水酸化物（ＫＯＨ、ＮａＯＨなど）またはアルカリ土類金属水酸化物〔例えばＢａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２など〕、あるいは第４級アルキルアンモニウムなど、またリン酸や硫酸など、従来公知のものを使用することができる。これらの中でもＫＯＨが好ましい。電解液中の電解質の含有量は、５〜３０％が好ましい。また、電解液のｐＨは、７〜１０であるのが好ましい。但し、ＮａＣｌやＨＣｌのように電気分解によりハロゲンガスを発生するものは、装置の耐薬品性などが必要であり大量に使用した場合の環境汚染防止の観点から排気ガス処理を必要とする。
図１〜図３に示されている様に、電解槽１０Ａの上部には蓋部材１０Ｂが付設されている。該蓋部材には、電解により発生する水素系−酸素系混合ガスを回収するための水素系−酸素系混合ガス取出口１０Ｂ′が設けられている。該取出口１０Ｂ′には、水素系−酸素系混合ガス採取管１０Ｂ″が接続されている。これらの蓋部材１０Ｂ及び水素系−酸素系混合ガス採取管１０Ｂ″を含んで、水素系−酸素系混合ガス捕集手段が構成される。
この具体例では、水素系ガスと酸素系ガスとはこれらが均一に混合した水素系−酸素系混合ガスとして回収される。この水素系−酸素系混合ガスは、振動流動攪拌を伴わない電解で得られる水素−酸素混合ガス（爆鳴気）とは異なり、加圧しても爆発を生ずることがなく、タンク及びボンベなどの容器に加圧状態、減圧状態または常圧状態で保管することができる。また、電解槽１０Ａの内部において、上部空間を陽極部材側空間と陰極部材側空間とに区画する分離壁を設け、陽極部材側空間及び陰極部材側空間のそれぞれに連通する水素系ガス採取管及び酸素系ガス採取管を設けることにより、水素系ガスと酸素系ガスとを別々に分離して回収することもできる。
電解槽１０Ａ及び蓋部材１０Ｂの材質としては、例えばステンレススチール、銅、その他の金属に絶縁被覆を施したものあるいはポリカーボネート等の合成樹脂が例示される。尚、電解槽１０Ａには、内部の電解液１４のレベル調整のための配管１０Ａ′が接続されている。
振動撹拌手段１６の振動棒１６ｅは、蓋部材１０Ｂを上下方向に貫通して延びている。この貫通は、図７及び図１０に示されている様に、蓋部材１０Ｂに設けられた開口の内端縁に付された固定部材１０Ｄと振動棒１６ｅの外面に付された固定部材１０Ｅとの間をゴム板等のフレキシブル部材１０Ｃにより気密にシールしたものとすることができる。あるいは、気密シールのための手段は、振動棒１６ｅにサポートベアリングの内輪を取り付け、該サポートベアリングの外輪を蓋部材１０Ｂの開口の内端縁に取り付け、外輪に対して内輪を上下に適宜のストロークにわたって移動可能にしたものであっても良い。蓋部材１０Ｂに設けられた開口に、振動棒１６ｅが通過する部分のみ開口したゴム板またはその積層体等の気密シール手段を取り付けてもよい。このシール手段としては例えば、ゴム、特に変形性良好な軟らかいゴムが使用できる。振動棒の上下振動の振幅は、通常２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下であり、その下限は例えば０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上といった程度であるから、シール部材としてゴムなどを使用することで、追従が可能となり摩擦熱の発生も少なく良好な気密状態が実現される。
なお、より一層完全なシールを達成する手段としては、図６８に示すようなタイプがある。このケースにおいては振動棒とパッキンとの間のシールを一層安全、確実にするため、たとえばシリコーン樹脂系の潤滑性シーリング剤を存在させている。即ち、振動棒１６ｅが貫通する蓋部材１０Ｂの部分に設けられているシール手段は、蓋部材１０Ｂに取り付けられた軸支持ボス部１０Ｈ、及びその上下に合成ゴム製パッキン１０Ｊを介して取り付けられた合成樹脂製のシート部材１０Ｋを有しており、シート部材の部分と振動棒の部分との間にはシリコーン樹脂１０Ｌが充填されている。これにより、極めて優れたシール性能が得られる。
電解は、液温２０〜１００℃で、電流密度７〜４０Ａ／ｄｍ２で行なうのが好ましい。電解により発生する水素系−酸素系混合ガスは、図５９に示されている様に、ガス採取管１０Ｂ″に接続されたシールポット１０Ｂ″′を経て取り出される。シールポット１０Ｂ″′もガス捕集手段を構成する。図６０は、ガス発生手段により製造された水素系−酸素系混合ガスを燃料電池へと供給する経路に用いられる安全装置の一例を示す図である。水素系−酸素系混合ガスは、所要の容量のガス溜め、除湿器及び炎止めタンクを経て燃料電池の水素系−酸素系混合ガス供給口へと供給される。
また、上記図５９と図６０の装置を一体化した図７２のものを安全装置として使用することもできる。ここで、ガス溜めは水素系−酸素系混合ガス発生手段を構成する電解槽に連結されている。水素系−酸素系混合ガスは、シールポットを経て、燃料電池の例えば燃料極へ供給することもできるし、貯蔵ボンベに貯蔵することもできる。
図１５は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、基台１６ａは、振動吸収部材４１を介して電解槽１０Ａの上部に取り付けられた取り付け台４０上に固定されている。また、取り付け台４０には、垂直方向に上方へと延びた棒状のガイド部材４３が固定されており、該ガイド部材４３はコイルバネ１６ｂ内に位置している。振動モータ１６ｄとそれを駆動するための電源１３６との間には、振動モータ１６ｄの振動周波数を制御するためのトランジスタ・インバータ３５が介在している。電源１３６は、例えば２００Ｖである。このような振動モータ１６ｄの駆動手段は、上記その他の本発明の具体例においても使用することができる。
図１６は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、振動部材１６ｃに垂直方向に下方へと延びた棒状の上側ガイド部材１４４が固定されており、取り付け台４０に垂直方向に上方へと延びた棒状の下側ガイド部材１４５が固定されており、これらガイド部材１４４、１４５はコイルバネ１６ｂ内に位置している。上側ガイド部材１４４の下端と下側ガイド部材１４５の上端との間には、振動部材１６ｃの振動を許容するような適度の間隙が形成されている。
図１７は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、振動モータ１６ｄは、振動部材１６の上側に付設された付加的振動部材１６ｃ′の下側に取り付けられている。また、振動棒１６ｅは、電解槽１０Ａ内において分岐して２つの部分１３４とされており、これら２つのロッド部分１３４の間に振動羽根１６ｆが掛け渡されて取り付けられている。
図１８及び図１９は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、最も下側の振動羽根１６ｆが下向きに傾斜しており、その他の振動羽根１６ｆが上向きに傾斜している。このようにすると、電解槽１０Ａの底部に近い部分の電解液１４の振動撹拌を充分に行うことができ、電解槽底部に溜りが発生するのを防止することができる。また、振動羽根１６ｆの全部を下向きに傾斜させることができる。
図２０及び図２１は振動撹拌手段の電解槽への取り付けの他の形態を示す断面図であり、図２２はその平面図である。図２０及び図２１はそれぞれ図２２のＸ−Ｘ′断面及びＹ−Ｙ′断面に相当する。
この形態では、振動吸収部材として上記コイルバネ１６ｂに代えてゴム板２と金属板１、１′との積層体３が用いられている。即ち、積層体３は、電解槽１０Ａの上端縁部に固定された取り付け部材１１８に防振ゴム１１２を介して取り付けられた金属板１′をボルト１３１により固定し、該金属板１′上にゴム板２を配置し、該ゴム板２上に金属板１を配置し、これらをボルト１１６及びナット１１７により一体化することで形成されている。
振動モータ１６ｄは支持部材１１５を介してボルト１３２により金属板１に固定されている。また、振動棒１６ｅの上端部はゴムリング１１９を介して積層体３特に金属板１とゴム板２とに取り付けられている。即ち、上側金属板１は図１、図４その他に記載されている具体例の振動部材１６ｃの機能をも発揮するものであり、下側金属板１′は図１、図４その他に記載されている具体例の基台１６ａの機能をも発揮するものである。そして、これら金属板１、１′を含む積層体３（主としてゴム板２）が図１、図４その他に記載されているコイルバネ１６ｂと同様な振動吸収機能を発揮する。
図２３Ａ〜２３Ｃは積層体３の平面図を示す。図２０〜２２の形態に対応する図２３Ａの例では、稿層体３には振動棒１６ｅを通すための貫通孔５が形成されている。また、図２３Ｂの例では、積層体３は貫通孔５を通る分割線により２分割された２つの部分３ａ、３ｂからなり、これによれば装置組立の際に振動棒１６ｅを容易に通すことができる。また、図２３Ｃの例では、積層体３は、電解槽１０Ａの上端縁部に対応する環形状をなしており、中央部に開口部６が形成されている。
図２３Ａ、２３Ｂの例では、電解槽１０Ａの上部が積層体３により塞がれ、これにより上記の蓋部材１０Ｂと同等の機能が発揮される。
図２４Ａ、２４Ｂは、このような積層体３による電解槽の閉塞（シール）の様子を示す断面図である。図２４Ａの形態では、ゴム板２が貫通孔５において振動棒１６ｅに当接してシールがなされる。また、図２４Ｂの形態では、積層体３の開口部６において該積層体３と振動棒１６ｅとに取り付けられこれらの間の空隙を塞ぐフレキシブルシール部材１３６′が設けられている。
図２５Ａ〜２５Ｅに振動吸収部材としての積層体３の例を示す。図２５Ｂの例は上記図２０〜２２の具体例のものである。図２５Ａの例では、積層体３は金属板１とゴム板２とからなる。図２５Ｃの例では、積層体３は上側金属板１と上側ゴム板２と下側金属板１′と下側ゴム板２′とからなる。図２５Ｄの例では、積層体３は上側金属板１と上側ゴム板２と中間金属板１″と下側ゴム板２′と下側金属板１′とからなる。積層体３における金属板やゴム板の数は、例えば１〜５とすることができる。尚、本発明においては、ゴム板のみから振動吸収部材を構成することも可能である。
金属板１、１′、１″の材質としては、ステンレス鋼、チタン、鉄、銅、アルミニウム、その他適宜の合金を使用することができる。金属板の厚さは、例えば１０〜４０ｍｍである。但し、積層体以外の部材に対して直接固定されない金属板（例えば上記中間金属板１″）は０．３〜１０ｍｍと薄くすることができる。
ゴム板２、２′の材質としては、合成ゴム又は天然ゴムの加硫物を使用することができ、ＪＩＳ Ｋ６３８６で規定される防振ゴムが好ましく、更に特に静的剪断弾性率４〜２２ｋｇｆ／ｃｍ２好ましくは５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２、伸び２５０％以上のものが好ましい。合成ゴムとしては、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ニトリル−クロロプレンゴム、スチレン−クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム、エピクロルヒドリン系ゴム、アルキレンオキシド系ゴム、フッ素系ゴム、シリコーン系ゴム、ウレタン系ゴム、多硫化ゴム、フォスファゼンフッ素ゴムを例示することができる。ゴム板の厚さは、例えば５〜６０ｍｍである。
図２５Ｅの例では、積層体３は上側金属板１とゴム板２と下側金属板１′とからなり、ゴム板２が上側ソリッドゴム層２ａとスポンジゴム層２ｂと下側ソリッドゴム層２ｃとからなる。ソリッドゴム層２ａ、２ｃのうちの一方を除去してもよいし、更に複数のソリッドゴム層と複数のスポンジゴム層とを積層したものであってもよい。
図２６は、振動撹拌手段１６の変形例を示す図である。この例では、振動モータ１６ｄが電解槽１０Ａの側方に位置しており、振動部材１６ｃが電解槽１０Ａの上方へと水平に延びている。そして、該振動部材１６ｃに振動棒１６ｅが取り付けられている。この構成によれば、電解槽１０Ａに対する上記蓋部材１０Ｂの着脱が容易となり、高さが低くなって安定度がまし、運送時の振動によるバネの横ゆれを防止できる。尚、図２６には電解槽１０Ａの一側方に位置する振動撹拌手段１６のみが示されているが、電解槽１０Ａの両側方に振動撹拌手段１６を配置してもよい。
以上の具体例においては、陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方の表面に対向するように振動撹拌手段の振動撹拌部材を配置することで、陽極部材または陰極部材が１つであっても、その高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。
図２７〜図２９は本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す図である。ここで、図２７〜図２８は断面図であり、図２９は平面図である。
本具体例においては、振動撹拌手段として絶縁式のものを用いている。即ち、絶縁式振動撹拌部材として、振動部材１６ｃに上端を取り付けられた振動棒上部分１６ｅ′と、振動羽根が取り付けられた振動棒下部分１６ｅ″′と、振動棒上部分１６ｅ′の下端及び振動棒下部分１６ｅ″′の上端の間に介在せしめられた絶縁領域１６ｅ″とを含んでなる振動棒１６ｅを使用している。
振動モータ１６ｄとそれを駆動するための不図示の電源（例えば２００Ｖ）との間には、振動モータ１６ｄの振動周波数を制御するためのトランジスタ・インバータが介在している。このような振動モータ１６ｄの駆動手段は、その他の本発明の具体例においても使用することができる。振動モータ１６ｄは、インバータを用いた制御により、上記具体例と同様に１０〜５００Ｈｚで振動する。振動モータ１６ｄで発生した振動は、振動部材１６ｃ及び振動棒１６ｅを介して振動羽根１６ｆに伝達される。
図３０は、振動棒の電気的絶縁領域１６ｅ″の近傍を示す部分拡大断面図である。また、図３１は電気的絶縁領域１６ｅ″の斜視図を示し、図３２はその平面図を示す。
電気的絶縁領域１６ｅ″は、例えば合成樹脂またはゴムで形成することができる。電気的絶縁領域１６ｅ″は、振動棒１６ｅを構成するものであるから、振動により破損せず、振動モータの振動を効率よく伝達でき、十分な絶縁性を発揮する材料を選択するのが好ましい。この様な観点から硬質ゴムが最も好ましい。その一例としては、硬質ポリウレタンゴムを挙げることができる。なお、このような絶縁材料のみからなる部材では強度的に不十分である場合には、絶縁性を損なわない範囲で、絶縁部材のみからなる部材の周囲などを例えば金属などで補強して、所要の機械的強度を得ることができる。
絶縁領域１６ｅ″は、具体的には、例えば、図示される様な硬質ゴム製の円柱状絶縁部材（多角形状等形状は任意）よりなり、その中央の上部分及び下部分に、振動棒上部分１６ｅ′及び振動棒下部分１６ｅ″′をそれぞれ嵌合させるための嵌合用穴１２４、１２５が設けられている。これらの嵌合用穴は上下には貫通しておらず、そのため、これら嵌合用穴の間の非貫通部分は絶縁部として機能する。
上下の嵌合用穴を貫通させた場合には、振動棒上部分１６ｅ′と振動棒下部分１６ｅ″′とが接触しないように、上記非貫通部分に対応する箇所に絶縁材料を充填するか、絶縁に十分な程度の空間を設ける。円柱状絶縁部材の嵌合用穴１２４、１２５は、振動棒上部分１６ｅ′と振動棒下部分１６ｅ″′との接合のために機能する。接合は、ネジ止め（たとえば、図示されている様に、振動棒上部分１６ｅ′の下端部と振動棒下部分１６ｅ″′の上端部とに雄ネジを切り、嵌合用穴１２４、１２５に雌ネジを切って、両者を結合させ、必要に応じて更にその上にワッシャーリングを当て、ビス止めする）でもよいし、接着剤による接合でもよい。いずれにしても、これらの部分の構造は、目的とするガスを充分生成できれば、その他のいかなる構造であってもよい。
たとえば、振動棒の直径が１３ｍｍの場合には、絶縁領域１６ｅ″は、長さ（高さ）Ｌが例えば１００ｍｍであり、外径ｒ２が例えば４０ｍｍであり、嵌合用穴１２４、１２５の内径ｒ１が１３ｍｍである。
図３０及び図２７〜図２８に示されている様に、振動棒下部分１６ｅの上部には、絶縁領域１６ｅ″の直下にて通電線１２７が接続されている。通電線１２７は電源３４に接続されている。ここで、図２７に示されているように、一方の絶縁式振動撹拌手段１６（陽極部材２ｘに近接する方）の通電線１２７は電源の正極に接続されており、他方の絶縁式振動撹拌手段１６（陰極部材２ｙに近接する方）の通電線１２７は電源の負極に接続されている。陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは、それぞれ図２９に示される陽極主ブスバー２０１及び陰極主ブスバー２０２を介して電源３４に接続されている。
振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆは導電性部材例えば金属からなる。これにより、一方の絶縁式振動撹拌手段の振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆをも陽極部材として利用し、他方の絶縁式振動撹拌手段の振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆをも陰極部材として利用して通電し、電気分解を行うことが出来る。更には、陽極部材及び陰極部材のうちの少なくとも一方を除去して、電気分解を行うことも可能である。
振動羽根１６ｆを陽極部材または陰極部材として利用する際には、特にこれらとは別の陽極部材または陰極部材を使用しない場合のように電極面積が不足する時には、出来るだけ振動羽根の面積を増加させるのが好ましい。そのためには、振動羽根の長さは、図１４に示す第２回目のピークを示す長さＬ２または第３回目のピークを示す長さＬ３を選択することができる。また、振動撹拌を行なう振動羽根と電流を流す電極用補助羽根とを同一の軸につけることもできる（後述の図３３、４０、４３など参照）。
本具体例では、振動羽根を陽極部材または陰極部材として使用することで、水素系−酸素系混合ガス発生装置が小型化される。更に、本具体例では、絶縁式振動撹拌手段により電解液１４を振動撹拌しながら電気分解を行なうので、非絶縁式の振動撹拌手段を用いた場合と同様に、陽極部材と陰極部材との間の距離を例えば２０〜４００ｍｍとしてもショートすることなく電解処理を行なうことができる。
本具体例においては、振動棒上部分１６ｅ′は絶縁領域１６ｅ″により振動棒下部分１６ｅ″′とは電気的に絶縁されているので、振動棒下部分１６ｅ″′を介する通電の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことはない。更に、本具体例では、絶縁領域１６ｅ″が熱絶縁性をも有するので、振動棒上部分１６ｅ′は振動棒下部分１６ｅ″′とは熱的にも絶縁され、電解液１４の温度の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことは少ない。
また、本具体例において、絶縁式振動撹拌手段の振動羽根を陽極部材又は陰極部材として用いずに電気分解を行なう場合においても、絶縁領域１６ｅ″が存在するので、電解液１４内の通電の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことがないという利点がある。
図３３は、絶縁式振動撹拌手段の他の具体例を示す側面図である。この具体例は、振動棒下部分１６ｅに、振動羽根１６ｆの他にこれと交互に配置された電極用補助羽根１６ｆ′を取り付けたことが、図２７〜図２９の例と異なる。電極用補助羽根１６ｆ′は、導電性を有しており、振動棒下部分１６ｅと電気的に接続されていて、電解液１４に対する通電の際の一方の電極として機能し、従って振動撹拌の機能は必須ではない。電極用補助羽根１６ｆ′を使用する目的は電極面積の増加と当該電極と反対側の電極との間隔の低減とにあるので、電極用補助羽根１６ｆ′の大きさ（面積）は振動羽根１６ｆより大きいほうが好ましく、また図示されている様に、補助羽根１６ｆ′の先端縁（右端縁）は振動羽根１６ｆの先端縁（右端縁）より更に右方へと突出しているのが好ましい。
電極用補助羽根１６ｆ′は、振動羽根と振動羽根との中間に位置する様に振動棒に取り付けるのが好ましいが、必ずしもこれに限定されることはなく、振動撹拌の効果を著しく低減させない限りは、上下一方の振動羽根に近接して配置することも可能である。振動棒下部分１６ｅへの電極用補助羽根１６ｆ′の取り付けは、振動羽根１６ｆの取り付けと同様にして行なうことができる。
電極用補助羽根１６ｆ′の材質としては、電極として使用され得るものであればよいが、振動棒の振動に従って振動するものであるから、振動に耐え得ることが要求され、例えば振動羽根として使用可能な導電体例えば金属例えばチタン（表面に白金めっきを施すことができる）またはステンレス（表面に白金めっきを施すことができる）を使用することができる。尚、電極用補助羽根１６ｆ′を使用する場合には、振動羽根１６ｆは必ずしも導電性材料からなる必要はなく、合成樹脂製のものを使用することも可能である。振動羽根１６ｆの角度を一定にするため、振動羽根固定部材１６ｊに角度をつけて振動棒１６ｅと一体的に組み立てることもできる。
図３４及び図３５は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例を示す断面図である。本具体例では、２つの振動棒にわたって各振動羽根が取り付けられている。
図３６は振動羽根１６ｆの近傍を示す断面図である。振動羽根１６ｆは固定部材１６ｊからはみ出した部分が振動流動の発生に寄与するのであり、このはみ出した部分は幅Ｄ１で長さＤ２である。本具体例では、複数の振動棒にわたって各振動羽根が取り付けられているので、各振動羽根の面積を十分大きくとることができる。かくして、大きな振動流動を得ることができ、また電極として使用される面積を大きくすることが可能である。
本具体例においては、図示はしないが、図２７〜図２９に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本具体例においても、図３３の具体例と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。
図３８は絶縁式振動撹拌手段の１つの具体例を示す断面図である。本具体例の絶縁式振動撹拌手段１６においては、振動モータ１６ｄは、電解槽１０Ａ外に配置されていて、振動部材１６ｃが電解槽１０Ａの方へと延びている。本具体例においても、図示はしないが、図２７〜図２９に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本具体例においても、図３３の具体例と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。また、図では絶縁式振動撹拌手段が電解槽の片側にのみ配置されているが、もう一方の側にも同様な絶縁式振動撹拌手段を配置することが可能である。
図３９は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例を示す断面図である。本具体例では、図３８の具体例と同様な振動モータ１６ｄ、振動部材１６ｃ、振動棒１６ｅ及び絶縁領域１６ｅ″の組が、電解槽１０Ａの両側に配置されている。そして、振動棒１６ｅは、コの字形状をなしており、その２つの垂直部分が２つの絶縁領域１６ｅ″にそれぞれ対応して配置されている。これら２つの垂直部分の上端がそれぞれ絶縁領域１６ｅ″を介して２つの振動棒１６ｅにそれぞれ接続されている。振動羽根１６ｆは、振動棒１６ｅの水平部分にほぼ垂直に取り付けられている。図では振動羽根１６ｆは上方に突出しているが、下方に突出していてもよい。また、振動羽根１６ｆは垂直方向に対して傾斜をもって配置されてもよいことは上記と同様である。
図示されている絶縁式振動撹拌手段の上方突出の振動羽根を陽極部材として使用し、他の絶縁式振動撹拌手段の下方突出の振動羽根を陰極部材として使用して、電解処理を行うことが出来る。この場合、後述の図４３に関し説明するように、双方の絶縁式振動撹拌手段の振動羽根同士を互いに入り組んだ形態とすることが可能である。
本具体例のように、振動棒は必ずしも上下方向を向いて配置される必要はなく、電解槽の形状などに応じて適宜の形状及び配置のものを使用することが出来る。
本具体例においても、図示はしないが、図２７〜図２９に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本具体例においても、図３３の具体例と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。
図４０〜図４２は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例を示す図である。ここで、図４０〜図４１は断面図であり、図４２は平面図である。本具体例は、図２７〜図２９の具体例において電極用補助羽根１６ｆ′を追加使用したものに相当する。
図４３〜図４４は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例を示す図である。ここで、図４３は部分断面図であり、図４４は断面図である。
本具体例では、２つの絶縁式振動撹拌手段が電解槽１０Ａ内に配置されており、一方の絶縁式振動撹拌手段の隣接する電極用補助羽根１６ｆ′どうしの間に他方の絶縁式振動撹拌手段の電極用補助羽根１６ｆ′が位置している。これにより、２つの絶縁式振動撹拌手段の一方を陽極側として使用し且つ他方を陰極側として使用することで、大面積の陽極部材と陰極部材とを互いに近接して配置することができ、電流密度を著しく向上させることができる。このような非接触で互いに入り組んだ形態での陽極部材と陰極部材との配置は、２つの絶縁式振動撹拌手段の振動羽根同士でも同様にして行うことが出来る。
本具体例においては、互いに上下方向に近接して配置される陽極部材（振動羽根または電極用補助羽根）と陰極部材（振動羽根または電極用補助羽根）との距離を例えば５〜５０ｍｍとすることができる。本具体例においては、２つの絶縁式振動撹拌手段の電極用補助羽根１６ｆ′どうしが接触してショートするのを防止するために、図３７に示す様に、電極用補助羽根１６ｆ′の両面の外周部等を絶縁テープ１６ｆａなどの貼付や絶縁塗料の塗布などにより絶縁部とすることが好ましい。電極部材として使用する振動羽根１６ｆ同士を同様にして互い違いに配置することも可能であり、その場合にも同様な絶縁部を形成することが出来る。或いは、同様な絶縁効果を得るために、同等の形状を有するプラスチック製絶縁板を配置してもよい。
図４５〜図４７は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。これらの例では、共通の振動部材１６ｃに複数の振動棒が接続されている。各振動棒下部分１６ｅに接続される通電線１２７は、それぞれ電源の図示される極に接続されるが、これに限定されることはなく、適宜変更してもよい。
以上の具体例においては、絶縁式振動撹拌部材の一部（例えば、振動羽根、電極用補助羽根）を陽極部材または陰極部材として使用することで、絶縁式振動撹拌部材以外の陽極部材または陰極部材がなくとも、その高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。
図４８は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例の構成を示す部分断面図であり、図４９はその部分側面図である。本具体例では、２つの振動棒１６ｅを機械的に接続する様に取り付けられている振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを２つの群に区分し、第１の群を一方の振動棒１６ｅと電気的に接続させ、第２の群を他方の振動棒１６ｅと電気的に接続させ、これら２つの群の間で電圧を印加することで、電解液１４に通電し電解処理を行なう様にしている。
即ち、図４８において、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊは、右側の振動棒１６ｅとは電気的に接続されているが、左側の振動棒１６ｅとは絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔを介して取り付けられることで電気的に絶縁されている。一方、上側から偶数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊは、左側の振動棒１６ｅとは電気的に接続されているが、右側の振動棒１６ｅとは絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔを介して取り付けられることで電気的に絶縁されている。かくして、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを第１の群とし、上側から偶数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを第２の群とし、左側の振動棒１６ｅに接続されている通電線１２７と右側の振動棒１６ｅに接続されている通電線１２７との間に不図示の処理用電源により所要の電圧を印加することで、第１の群（陽極部材）と第２の群（陰極部材）との間で電解液１４に通電することができる。尚、図４９では絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔの図示が省略されている。
本具体例においては、絶縁領域１６ｅ″は振動棒１６ｅと振動発生手段を構成する振動部材１６ｃとの間に設けられている。即ち、ここでは、絶縁領域１６ｅ″が、上記具体例における振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の機能を兼ねている。
本具体例においては、陽極側となる振動羽根１６ｆとしてはチタンの表面に白金めっきを施したものが好ましく用いられ、陰極側となる振動羽根１６ｆとしてはチタンが好ましく用いられる。
本具体例によれば、絶縁式振動撹拌手段に対する給電のみで電解処理が可能となるので、装置をコンパクトなものとすることができる。また、振動羽根１６ｆを陽極部材及び陰極部材のそれぞれとして兼用しているので、この点からも装置のコンパクト化がなされている。
図５０は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例の構成を示す部分側面図である。本具体例では、図４８及び図４９の具体例における上側から偶数番目の振動羽根１６ｆに代えて陽極部材（電極用補助羽根）１６ｆ″を使用している。この陽極部材１６ｆ″は、振動撹拌には寄与せず、図の右側にのみ延びている。陽極部材１６ｆ″としては、例えばチタン製ラス網（表面に白金めっきを施したもの）が好ましく用いられる。一方、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆに対してスペーサ１６ｕを介して陰極部材（電極用補助羽根）１６ｆ″′を追加している。この陰極部材１６ｆ″′も、振動撹拌には寄与せず、図の右側にのみ延びている。陰極部材１６ｆ″′としては、例えばチタン板が好ましく用いられる。尚、陰極部材の場合と同様に、陽極部材とともに振動羽根を取り付けてもよい。本具体例では、振動羽根１６ｆとは別に電極部材としての陽極部材１６ｆ″及び陰極部材１６ｆ″′を使用しているので、電極材料の選択の自由度が増加する。図５０のように陽極部材や陰極部材は振動羽根とは反対方向に延びているので、振動羽根と接触する心配がなく、そのため陽極部材と陰極部材との間隔及び振動羽根と陽極部材または陰極部材との間隔を一層小さくすることができる。
図５１は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す断面図である。本具体例は、図４８〜図４９の絶縁式振動撹拌手段を２つ使用したものである。
以上の具体例においては、絶縁式振動撹拌部材に陽極部材及び陰極部材の双方を取り付けて、これらの間で電解液１４を介して通電することで電解処理を行うので、装置の小型化が可能であり、更にその高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。
図５２〜図５３は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す断面図である。本具体例では、振動撹拌手段として非絶縁式のものが用いられており、陽極部材及び陰極部材からなる電極対として、図４８〜図４９の絶縁式振動撹拌手段と類似の構成体を使用したものである。即ち、上下方向に互いに平行に配列された２本の導電性棒状体１１６ｅに、陽極部材１１６ｆ″及び陰極部材１１６ｆ″′を図４８〜図４９の絶縁式振動撹拌手段の第１群の振動羽根及び第２群の振動羽根の場合と同様にして取り付け、各導電性棒状体１１６ｅを電源の正極及び負極の所要のものに接続している。
図５４及び図５５は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例を示す断面図である。本具体例では、絶縁式振動撹拌手段１６の振動羽根１６ｆを陰極部材として使用し、陽極部材８６として、図５６に示される円柱状チタン網ケース内に複数の金属製ボールを充填したものを使用し、網ケースを水平方向に保持したものを用いている。陽極部材８６の保持手段８２は例えば陽極ブスバーである。
陽極部材としては、例えばチタン製ラス網（表面に白金めっきを施したものが好ましい）からなるものを使用することも出来る。図５７にラス網陽極部材８４の正面図を示す。上部に吊下げ用の孔が２つ設けられており、中央部から下部にかけて網状部とされており、この網状部が電解液中に浸漬される。
図５８Ａ〜図５８Ｅは、振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態の例を示す模式図である。図５８Ａの例では、振動発生手段の振動部材１６ｃに直接振動撹拌部材の振動棒１６ｅが接続されている。これに対して、図５８Ｂ〜図５８Ｅの例では、振動部材１６ｃに中間部材１６ｃｃが取り付けられており、該中間部材１６ｃｃに振動棒１６ｅが接続されている。
電解槽内で発生した水素系ガス及び酸素系ガスを均一に混合した水素系−酸素系混合ガスの形態で又は水素系ガス及び酸素系ガスを別々に捕集するための捕集手段は、上記図１〜３の具体例に関して説明したように、電解槽の上方を覆う蓋部材とその蓋部材に設けられたガス取出口とそれに連結されたガス採取管を含むものである。本発明の振動撹拌手段の具体例などを説明する図面においては、発生するガスを効率よく捕集するための前記蓋部材等は省略して画かれているが、実際にはガス発生手段の電解槽には必ず蓋部材が付される。
図６１に、蓋部材１０Ｂの変形例を示す。この例では、蓋部材１０Ｂは、図１に示されている電極群２ｘ、２ｙの上方の部分のみにおいて、電解槽１０Ａに付設される。そして、該蓋部材１０Ｂの両端部には、下方へと延びた囲み部材６３が付設されている。この囲み部材６３には、その下部の電解液中に浸漬される部分に該電解液の流通を可能となすための開口６５が形成されている。囲み部材６３には、該開口６５の上部領域の一部を遮蔽する遮蔽板６４を上下位置調節可能に取り付けることができる。この上下位置調節のために、遮蔽板６４に上下方向の長孔６６を形成し、該長孔を介して、囲み部材６３に形成されたネジ穴６８にボルト６７を適合させるようにすることができる。
この蓋部材を使用する場合には、振動撹拌手段の振動棒１６ｅは蓋部材を貫通しないが、上記の様な密閉シール構造とすることが、水素系−酸素系混合ガスの回収効率向上や電解液の飛散防止等の観点から、好ましい。
発生した水素系−酸素系混合ガスを蓋部材と囲み部材とにより密閉すると、その部分のガス圧が上る。ガス圧はある程度ある方が、その後のガスの取り扱い上便利である。遮蔽板６４の上下位置を調節することで、電極群２ｘ、２ｙの上方の部分の液位を調節することができ、ひいてはガス圧が調節される。
しかし、ガス圧を調節する手段が併設できれば一層好都合である。ガス圧調節手段の１例としては図５９に示すようなシステムがある。シールポットは例えば水８０％、メタノール（着色料）２０％よりなる液体を入れたものである。また、図６０に示すように燃料電池の水素系−酸素系混合ガス供給口とガス発生手段あるいはガス溜めとの間に炎止めタンク、フレームアスレターを設け、炎の逆流を防止することが好ましい。なお、燃料電池へ直結する場合はシールポットは必ずしも必要ではない。本発明の水素系ガスや水素系−酸素系混合ガスは、安全のため及びガスが肉眼で見えるようにするため、シールポットでガスを処理しているが、もし別の手段で安全性が確保できるのであれば、ガスを処理することなく、生ガスの状態で電池に供給した方が、処理液中で水素の１部が失われることがないから有利である。
電解槽内に設けられる陽極部材と陰極部材は、通常いずれも電極板であることが好ましい。この場合、振動撹拌手段を用いない従来技術においては電極の間隔を最短でも５０ｍｍ程度の間隔を必要としていた。この程度以上の間隔を設けないと、過電流となり事故が発生するおそれがあったからである。ところが、本発明では振動撹拌手段を用いることにより電極間距離を１〜２０ｍｍといった程度まで接近させることができ、これにより電流効率を大幅に向上させることができた。なお、これ以上接近させると過電流となりショートを生じる。本発明では実用的には電極間距離を５〜４００ｍｍとすることが好ましい。なお、詳細は同一人の出願にかかるＷＯ０３／０００３９５Ａ１に詳述されている。
本発明においては、絶縁式振動撹拌手段を用いて、振動羽根や電極用補助羽根を電極として機能させる場合がある。その例は、図３３、３８〜５１、５４、５５に示すとおりである。本発明においては、例えば図４０に示すように、電極対（２ｘ、２ｙ）に加えて絶縁式振動撹拌手段の振動羽根（１６ｆ）と電極用補助羽根（１６ｆ′）をも電極として用いるケースや、例えば図４３や図４７にみられるように絶縁式振動撹拌手段の振動羽根や電極用補助羽根のみを電極とするケースとがある。これらの場合の振動羽根および／または電極用補助羽根の形をとっている電極と電極との間の距離は通常３〜５０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍとすることができる。
本発明においては、水素系−酸素系混合ガスを製造するための前記電解液として５〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％の電解質を含む水溶液で液温２０〜１００℃、好ましくは２０〜９０℃でｐＨ７〜１０のものを用いて、電流密度５〜１００Ａ／ｄｍ２、好ましくは５〜５０Ａ／ｄｍ２となるように前記電解液の電気分解を行うことにより水素系−酸素系混合ガスを発生させることができる。
前記電解質としては、水溶性のアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属酸化物、第４級アルキルアンモニウム、あるいは硫酸、リン酸などの無機酸、有機酸などを挙げることができる。
本発明で電解液に使用する水は、蒸留水が好ましいが、井戸水、工業用水、水道水、河川水、池の水なども使用できる。
本発明の振動撹拌手段の基本的態様は、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒及び該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とからなる振動撹拌手段である。
また、本発明の振動撹拌手段の他の基本的態様は、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係した前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒、該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根及び前記振動棒と前記振動発生手段との連結部に又は前記振動棒の振動羽根を取り付けた部分より前記連結部に近い部分に設けられた電気的絶縁領域からなる絶縁式振動撹拌部材とからなる絶縁式振動撹拌手段である。そして、本発明における撹拌手段としては絶縁式振動撹拌手段が好ましい。
絶縁式振動撹拌手段における絶縁式振動撹拌部材の振動棒には、振動羽根に加えて通電線と電気的に接続された電極用補助羽根を取り付けることができる。また電極用補助羽根は前記振動羽根と交互に位置するように振動棒に取り付けられていることが好ましい。さらに電極用補助羽根は振動羽根より大きな面積を持ち且つ振動羽根の先端部よりも更に突出していることが好ましい。
振動撹拌手段または絶縁式振動撹拌手段の発生手段は振動モータを含み、振動撹拌手段は振動モータを１０Ｈｚ〜５００Ｈｚ、好ましくは１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、とくに好ましくは２０Ｈｚ〜６０Ｈｚの振動数で振動させるよう制御するためのインバータと併用することが好ましい。
前記絶縁式振動撹拌手段における振動棒の電気的絶縁領域より振動羽根側の位置に通電線を接続することにより、振動羽根や振動補助羽根を電解のための電極、すなわち陽極部材または陰極部材として使用することができる。
この場合、例えば図５０に示すように、振動羽根は、液を振動撹拌させる機能と電極としての機能を兼務するが、電極用補助羽根は、液を振動撹拌する機能はほとんどあるいは全くもたず、もっぱら電極として機能する。
絶縁式振動撹拌手段は、例えば図５２における電極対と併用することもできるが、絶縁式振動撹拌手段をもって前記電極対の代役をさせることもできる。この場合、図４７に示すように、１つの絶縁式振動撹拌手段を陽極として利用し、他の１つの絶縁式撹拌手段を陰極として利用することもできる。また、一台の絶縁式振動撹拌手段であっても、例えば図４８に示すように、振動棒を二本有するタイプのものであれば、一方の振動棒側を陽極とし、他方の振動棒側を陰極として使用することもできる。
以上の様な本発明においては、振動撹拌手段の振動羽根により電解液中に強力な振動流動が生ぜしめられるので、電解液は電極と十分良好な均一性をもって且つ十分な供給量をもって接触せしめられる。このため、陽極と陰極との間の距離を従来より著しく小さくしても、それらの間に電気分解に必要なイオンを十分に供給することが可能になり、また電極に発生する電解熱を迅速に放熱することができる。従って、高い電流密度で電気分解を行なって、高い効率で水素系−酸素系混合ガスを製造することができる。また、以上のように陽極と陰極との間の距離を小さくすることで、単位容積あたりに配置される電極の有効表面積を十分に高めることができるので、小型化しても十分な量の水素系−酸素系混合ガスを製造させることができる。
特に、以上の様な振動撹拌手段による電解液の振動撹拌を併用して電気分解を行う場合には、電極で発生する原子状水素や原子状酸素が電極間で気泡を形成せず、液中に分散するので、電解液中にて生成せしめられた水素や酸素が電極表面に気泡として付着し電気抵抗を増加させるようなことがない。このため、上記の様に容易に高い電流密度での電気分解の実現が可能となり、水素系−酸素系混合ガスを従来法より多量に発生させることができる。
本発明の水素系−酸素系混合ガス発生手段で発生せしめられる水素系−酸素系混合ガスは、所謂ブラウンガスとして知られているものとは異なり、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むものであり、特に、
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含んでなるものである。
この水素−酸素混合ガスは、以下の点で、所謂ブラウンガスとして知られているものとは異なる。即ち、振動撹拌手段を併用すると、陽極部材と陰極部材との間隔を小さくしても電解が良好に行なわれ、特に陽極部材及び陰極部材に対して高い均一性と高い流速とをもって電解液が接触するので、電気分解に必要なイオン供給が十分となり、電解液中での水素−酸素ガスの泡立ちがなく、電気抵抗が大きくなることはない。かくして、本発明により得られる水素系−酸素系混合ガスはＨ２やＯ２になる以前の発生期の水素や酸素等に近い状態の活性成分（活性水素、活性酸素）の含有率が高い。
すなわち、振動撹拌手段を利用して得られた水素系−酸素系混合ガスを燃焼させてスペクトル分析器によりスペクトルを測定したところ、図７１に示すように６２０ｎｍ近傍に活性成分であるＯＨ基の存在を示すピークが認められ、また６３０ｎｍ近傍には活性成分である原子状水素Ｈαの存在を示すピークが認められた。従来の電気分解で得られるこの種のガス中には活性なＯＨや原子状水素の存在は全く確認できないのに対し、本発明の水素系−酸素系混合ガスあるいは水素系ガス中には驚くべきことにＯＨと原子状水素とが存在することが、火炎の輝度スペクトルを測定する（火口から１５ｍｍの個所で測定した場合も２０ｍｍの個所で測定した場合も、同一波長のところでピークがみられた）ことにより確認されたのである。
しかも、このＯＨと原子状水素の存在確認の結果は、本発明の振動撹拌手段を用いた電気分解で水素系−酸素系混合ガスが発生した直後に測定した場合と水素系−酸素系混合ガスをガス溜めに１２時間程度溜めた後に測定した場合とでほぼ同様であった。したがって、製造により得られたガス中にＯＨや原子状水素がある瞬間のみ存在していたというわけではないのである。そして、これが水素系−酸素系混合ガスの燃焼にさいし、高温を発生する要因であると考えられる。
従来のブラウンガスにはこのようなピークの存在は認められない。そして、理由は未だ充分解明されていないが、このような相違点に起因して、本発明の振動撹拌手段を利用して得られた水素系−酸素系混合ガスまたは水素ガスを燃料電池の燃料として用いると、今までの燃料電池では得られなかった高度の発電効率を示すものと考えられる。
本発明者らは、振動撹拌手段を利用した水の電気分解により得られたガス（本明細書では、このガスを水素系−酸素系混合ガスと称している）を電子科学株式会社製質量分析計（二重収束質量分析計）［商品名ＥＭＤ−Ｏ５ＳＫ］を用い、下記の条件により分析した。
イオン加速電圧：１２００Ｖ
イオン化方式：電圧衝撃型
分解能：５００
イオン飛行距離：２６ｃｍ
真空度：５×１０−７Ｔｏｒｒ
フルスケール：５Ｖ
この分析に供した水素系−酸素系混合ガスは、振動撹拌手段を設けた電解槽から発生したガスを図７２のガス溜めに貯蔵し、１つは図７２のシールポットを通して得られた処理ガスであり、他の１つは、前記シールポットを通さないで得られた生ガスである。前記シールポットはガスを着色して取扱い上便利にしたものであり、シールポット内にはメタノール３０％と水７０％よりなるアルコール水溶液が充填されており、シールポットに生ガスを供給すると、生ガスは前記メタノール水溶液中を泡状になって通過したものである。そのため得られた処理ガスの成分は微妙に生ガスのデータと異なっている。
質量分析で得られたデータ（チャート）の一部を図６３（生ガス）及び図６４（処理ガス）に示す。処理ガスでは、生ガスの構成成分の他に、メタノールに起因すると思われる質量の高い成分が含まれている。いずれにしても、これらのチャートから、本発明のガスは、従来のガスに比べて、Ｈ、Ｈ３及び／またはＨＤ、ＯＨ及び１６Ｏをも含有している点に大きな特徴があることが分かる。
但し、図６３及び図６４での高さは全て同一の条件で測定して表示したものではなく、図示されるＧＡＩＮが（１）の質量については実際の高さの１００倍の高さを示し、図示されるＧＡＩＮが（２）の質量については実際の高さの１０倍の高さを示し、図示されるＧＡＩＮが（３）の質量については実際の高さを示している。即ち、ＧＡＩＮ（２）及びＧＡＩＮ（３）の質量については該当するガス成分量が少なすぎるので、増幅して測定したものである。
これらの図から求めたガス組成を以下の表１に示す。
（Ａ），（ａ）：ゴム性容器に採取；測定時真空度８×１０−７Ｔｏｒｒ；ガス採取後０．５時間目に測定
（Ｂ），（ｂ）：ゴム性容器に採取；測定時真空度８×１０−７Ｔｏｒｒ；ガス採取後２４時間目に測定
（Ｃ），（ｃ）：ガスバリヤー用容器に採取；測定時真空度５×１０−７Ｔｏｒｒ；ガス採取後１時間目に測定。
図６２に、本発明による発電方法の実施される燃料電池の模式的構成を示す。従来の燃料電池と同様な燃料極及び空気極が、中空層または電解質層を介在させて配置されている。燃料極側の第１ガス室にはガス供給口から第１のガスが供給され、空気極側の第２ガス室にはガス供給口から第２のガスが供給される。
中空層または電解質層としては、従来の燃料電池で用いられている電解質層と同様なものを使用することができる。例えば、電解質層を構成する電解質としては、アルカリ水溶液型燃料電池における電解質である水酸化カリウム、酸水溶液型燃料電池における電解質であるりん酸、溶融炭酸塩型燃料電池における電解質である炭酸リチウムまたは炭酸カリウム、固体酸化物燃料電池における電解質である安定化ジルコニア、固体高分子型燃料電池における電解質であるイオン交換膜（カチオン交換膜）を使用することができる。
中空層または電解質層としては、その他に、例えば空気のみの空隙層、或いはそこに金属メッシュ、ガラスメッシュ、カーボンメッシュ、濾紙、精密濾過膜、限外濾過膜、ＮＦ膜、逆浸透膜、ガス分離膜、高分子ゲル、無機ゲル、高分子フィルム、黒鉛シート等を充填した多孔質の中空層（即ち繊維層やガス透過性セラミック層のようにガスが流通できる機能を有する層）を使用することができる。
燃料極及び空気極のガス室に面する側の表面は、ガスとの接触面積を大きくするために多数の溝を並列させてなる凹凸状表面としておくのが好ましい。
第１のガスとしては、本発明の上記水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを用いることができる。また、第２のガスとしては、空気、酸素ガス、上記の酸素系ガス、または本発明の上記水素系−酸素系混合ガスが挙げられる。
従来の水素ガスを燃料とした燃料電池においては、燃料極でプロトンを形成し且つこれを空気極で酸素と反応させて発電を行うためには、電解質層は不可欠であった。本発明では、第１のガスとして上記水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを使用することで、電解質層の代わりに中空層を用いることができる。但し、この場合、燃料極はガス透過性のものとする。中空層は、燃料極と空気極との間がショートしないようにするためにのみ必要である。尚、本発明では、第１のガス及び第２のガスの双方として上記水素系−酸素系混合ガスを使用することもでき、この場合、空気極もガス透過性のものとする。これらの本発明による燃料電池は、電解質層が不要である点が大きな特徴であり、セルの構造が簡素化され、電解質層のメンテナンスが不要になるという大きな利点がある。なお、その他の点は、従来の燃料電池の構成及び材料等を転用することができる。
燃料電池の燃料極側に設けられたガス供給口から、水素系−酸素系混合ガスを供給すると、水素は燃料極に電子を与えながら、ガス透過性である燃料極を通り抜けて電解質層または中空層にはいり込む。ガス透過性にするためには燃料極を例えばポーラスな構造とする。
なお、本発明においては、電解質層がなくともよいため、この部分を中空の状態（多孔性プラスチック層や多孔性セラミック層としてもよい）となし上記中空層とすることができる。この部分は燃料極と空気極とを隔離できればそれで充分な部分である。通常、中空層の厚みは１μｍ程度から１０ｃｍ程度までの範囲である。
例えば、電解質として固体高分子電解質を用いるとすると、カチオン交換膜を電解質とした場合には、次のような電池反応が起こる。
空気極（陽極）：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ （１）
燃料極（陰極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− （２）
全反応：１／２Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ （３）
また、アニオン交換膜を電解質とした場合には、次のような電池反応が起こる。
空気極（陽極）：１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ− （４）
燃料極（陰極）：Ｈ２＋２ＯＨ−→２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− （５）
全反応：１／２Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ （６）
固体高分子電解質をガス透過性とするためには、電解質となる固体高分子を繊維状とし、これを織布や不織布の形体とすることなどにより達成できる。なお、本発明においては、電解質層は中空層でもよいのであるから、この場合には、繊維状物質は固体高分子電解質でない単なる繊維状物質を用い、これを含む層を中空層としてもよい。
したがって、反応生成物である水は電解質層または中空層の所定の個所から排出する必要があり、また未反応ガスがある場合を考えると、ガスの流れをスムースにするため、電解質層または中空層にガス排出口も設けることが好ましい。なお、未反応ガスと反応生成物の水とを同時に１つの排出口から系外へ出すこともできる。
燃料電池は、それに用いる電解質の種類によりいろいろのタイプに分類される。例えば、アルカリ型燃料電池、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、燃料溶解型燃料電池、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ／ＰＥＭ）、溶融炭酸塩型燃料電池などがあり、本発明は、いずれのタイプの燃料電池にも使用できるが、リン酸型燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池、固体酸化物型燃料電池あるいはメタノール直接型燃料電池（当然本発明では燃料としてメタノールを用いるのではなく、本発明の水素系−酸素系混合ガスを用いる）に適用するのが好ましく、とりわけ固体高分子電解質型燃料電池や固体酸化物型燃料電池に適用するのがもっとも好ましい。
本発明においては、電解質層に代えて中空層を用いてもよいのであり、中空層の方がコスト的にもっとも有利であることは勿論である。
固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質を使用するのであるが、この固体高分子電解質としては各種の高分子イオン交換膜を挙げることができ、その例としては、平成５年３月１５日株式会社オーム社発行、「燃料電池発電システム」第１００〜１０３頁とくに第１０１頁表−１記載の「フェノールスルフォン酸樹脂」、「ポリスチレンスルフォン酸」、「ポリトリフルオロスチレンスルフォン酸」、「（ポリ）パーフルオロカーボンスルフォン酸」などが挙げられる。とくに「（ポリ）パーフルオロカーボンスルフォン酸」としては、下記式
で示される構造のものが用いられている（ｘは重合度によって変化する）。尚、ｍ≧１、ｎ＝２のものは商品名Ｎａｆｉｏｎとして、ｍ＝０、ｎ＝２のものは商品名ＤＯＷ膜として、それぞれ市販されており、これらの物性は、２００１年１１月３０日コロナ社発行「燃料電池発電」第１１６〜１２８頁、とくに第１２０頁表６，１に記載されている。
また、この種の固体高分子電解質型燃料電池の構造は、昭和６２年９月３０日（株）サイエンスフォーラム発行「燃料電池設計技術」第１０２頁の図−２、図−３および「燃料電池発電」第１１８頁、第１２２頁および２００１年６月２９日 日経ＢＰ社発行「日経メカニカル別冊」第４６〜４７頁に記載されている。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【実施例１】
本実施例では図６５〜図６７の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段
日本テクノ（株）商品名超振動α−撹拌機α−１型（電解液中を流れている
電流が振動モータにまで流れることがないように配慮され
ている絶縁式振動攪拌機）
振動モータ：７５Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機製作所製低周波振動モータ
商品名ユーラスバイブレーター
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの４枚
固定部材：ＳＵＳ３０４製
弾性部材シート：商品名テフロン（登録商標）シート
（ロ）固定電極
プラス極：チタン板に白金めっき被覆したもの２７枚
マイナス極：チタン板２４枚
（ハ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｅ１１Ｓ
４５Ｈｚに調整して使用
（ニ）整流器（振動モータ用）：中央製作所製Ｐｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ［登録商標］、２００Ｖ
（ホ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（内面に塩化ビニル樹脂被覆したもの）
内径２２０ｍｍ×３２０ｍｍ×４００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ヘ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ト）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図５９や図６０の安全装置を使用するが、本実施例では図５９と図６０の安全装置を併用したタイプの図７２のシステムを用いた。
（チ）電解液：蒸留水にＫＯＨ２０ｗｔ％を溶解したもの
５５℃、ｐＨ１０で電解を行い必要量の水を補充する。
本実施例では１００アンペアー、３Ｖで約１０００リットル
／分の水素系−酸素系混合ガスを製造できた。
（リ）燃料電池の構造と使用法：
本発明の水素系−酸素系混合ガスを用いて、市販の小型固体高分子型燃料電池を利用して発電を行った。この電池の各部品の構成は図６９に示すとおりであり、これを組立てた燃料電池の断面図を図７０に示す。図７０の左側の開口部（この市販装置はこの開口部より水素ガスを供給する）より水素系−酸素系混合ガスを供給し、右側の開口部（この市販装置ではこの開口部より酸素含有ガス、例えば空気を供給する）はシールした。
図６９の市販小型固体高分子型燃料電池の構成において、外周ゴムリング付プレートに膜／電極接合体すなわちＭＥＡ（２００１年８月２０日 株式会社日本実業出版社発行、池田宏之助編著「燃料電池のすべて」第１４６〜１４７頁参照）が単セルの機能部分であって、固体高分子電解質である商品名Ｎａｆｉｏｎをマイナス極とプラス極でサンドイッチしたものの外周をゴムリングで覆った構造のものである。本発明においては、水素系−酸素系混合ガスは図６９に示すとおり、図６９における図の上部に存在する中央の孔から供給されるが、図６９における図の下部にある孔（本来空気供給用の孔）はゴム栓によりシールした。
この電池を単セルとして、市販小型固体高分子型燃料電池の本来の使用方法で発電した場合（従来例）は、その出力は０．６〜０．７Ｖ、０．１５〜０．２Ｗであるが、実施例１の場合の出力は０．６Ｖ、０．５Ｗであり、出力が２．５倍となっている。
また、従来の使用方法で発電した場合は、長時間使用すると１００℃近くまで発熱するので、長時間の使用が困難であるが、この実施例の場合は余り発熱せず、長時間の使用が可能である。
図７０に示すように、これを単セルとして使用するときは接続端子１を燃料極とし、接続端子３を空気極として使用し、２セルとして使用するときは、接続端子３を燃料極とし、接続端子２を空気極として使用し、３セルとして使用するときは、接続端子１を燃料極とし、接続端子２を空気極として使用する。
なお、この電池における電解質層は、図６９の外周ゴムリング付プレートに相当しており、この層は水を含浸した多孔質高分子（通常、トリエチルホスフェートを可塑剤にしたポリパーフルオロカーボンスルフォン酸の多孔質膜；デュポン社商品名Ｎａｆｉｏｎ）であり、水素と酸素とが反応して生成する反応水はここから浸み出して外部に排出される。
また、前記電解質層をとりのぞき、その部分を中空層すなわち空気層とし、ガス透過性の極板を通して本発明の水素系−酸素系混合ガスを導入したところ、混合ガス中に含まれている水分（Ｈ２Ｏ）が電解質的な作用をしているのか、ともかく驚くべきことに電解質層がなくても電解質層がある場合と全く同様に発電が行なわれた。中空層を使用する場合、燃料電池の電極として、Ｎｉの他にＰｔ，Ｒｄを使用することも可能である。
実施例１で得られた水素系−酸素系混合ガスを前述の分析手法に従って分析した結果も前記表１の処理ガスのデータとほとんど同一であった。とくに、Ｈ、Ｈ３、ＨＤ、ＯＨを含有している点が特徴的であり、これらの存在が活性の高さ、高エネルギー発生の原因になっているものと推定される。また、水素と酸素の比が２：１ではなく、水素がリッチな点も特徴的である。
このような成分をもつ水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、振動撹拌手段を採用した場合のみに認められることであり、これ以外の方法で得られた水素ガス、酸素ガス、水素系−酸素系混合ガスでは認められない。
前記含有成分は非常に不安定なものと考えられていたが、本発明の振動撹拌手段を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガス中のこれらの成分は密閉容器中で、あるいは圧力容器中で１ヶ月〜２ヶ月位存続することができる。
【実施例２】
実施例１のように電解槽で発生したガスを安全装置を通して直接燃料電池に送ることをせず、電解槽で発生した実施例１の水素系−酸素系混合ガスをガス溜めに貯蔵し、１日放置後、図５９のシールポットや図６０の炎止めタンクを通すことなく、直接実施例１の燃料電池の水素ガス供給口に前記水素系−酸素系混合ガス（生ガス）を供給したが、実施例１と同一の効果が得られた。また、この生ガスを前記と同様に分析した結果、前記生ガスの分析結果とほぼ同様のデータが得られた。とくにＨ、Ｈ３、ＨＤ、ＯＨをほぼ同程度含有している点においても共通していることが確認できた。
【実施例３】
本実施例では図５０の振動撹拌手段を用いた水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段（絶縁式振動撹拌手段）
日本テクノ（株）商品名超振動α−撹拌機（α−２型）
振動モータ：１５０Ｗ×２００Ｖ×３相
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの５枚
電極用補助羽根
極板マイナス側：ＳＵＳ３０４製３枚
極板プラス側 ：ＳＵＳ３０４製に白金めっき（１０μｍ厚）
したもの２枚
（ロ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｅ１１Ｓ
５５Ｈｚに調整して使用
（ハ）整流器：中央製作所製Ｈｉ−Ｍｉｎｉ、２００Ｖ
（ニ）電解槽：ＳＵＳ３０４製
内径２２０ｍｍ×３２０ｍｍ×４４０ｍｍ（Ｈ）
内面塩化ビニル樹脂被覆したもの
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ホ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ヘ）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図５９や図６０の安全装置を使用するが本実施例では図５９と図６０の安全装置を併用したタイプの図７２のシステムを用いた。
（ト）使用電解液：蒸留水にＫＯＨ２０ｗｔ％を溶解したもの
５０℃、ｐＨ１０で電解を行い必要量の水を補充する。液は
冷却しなくても温度上昇は認められなかった。
本実施例では１００アンペアー、３Ｖで約１０００リットル
／分の水素系−酸素系混合ガスを製造できた。
以上の手段により生成した水素系−酸素系混合ガスは、前述の分析手法で分析した結果、前記表１の処理ガスとほぼ同様の分析結果を示し、Ｈ、Ｈ３、ＨＤ、Ｈ２Ｏ、ＯＨをほぼ同程度含有している点においても共通していることが確認できた。この水素系−酸素系混合ガスを図７３に示す固体高分子電解質型燃料電池に供給した。ただし、この燃料電池においては燃料極外側に水素系−酸素系混合ガスを供給し、未反応のガス成分と反応生成物の水は空気極外側より排出した。燃料極も空気極もガス透過性の白金触媒担持電極であり、固体高分子電解質膜はデュポン社の商品名Ｎａｆｉｏｎ（ポリパーフルオロカーボンスルフォン酸）に水を含浸した通気性のものを用いた。
その結果、実施例１と同程度の発電効果が得られた。
また、図７３に示す固体高分子電解質型燃料電池から、高分子系電解質膜を取除き、その部分を中空層（空気層）とした以外は同様のテストを行なったところ、ほぼ同様の発電効果が得られた。
【実施例４】
実施例１において、燃料電池として図７４に示す燃料電池を用いた以外は実施例１を繰り返した。
固体電解質膜は、ガス透過性のイオン導電性薄膜（５００ｎｍ以下）で白金製のガス透過性マイナス極と白金製のプラス極に挟まれており、マイナス極はガス透過性になっている。
前記ガス透過性のイオン導電性薄膜としては、前記ポリパーフルオロカーボンスルフォン酸に相当する商品名Ｎａｆｉｏｎを用いた。また、前記ガス透過性マイナス極は、多孔性の薄い導電性カーボンペーパーに粉末状白金をまぶして固定したものを用いた。
この実施例では、市販水素ガスボンベを水素ガス燃料として用いた燃料電池に較べてほぼ同様の電力が得られるのは驚くべきことであり、これは、振動撹拌手段を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスの特性である。
また、図７４に示す燃料電池より高分子系電解質膜を中空層とした以外は実施例４を繰り返したが、ほぼ同様の発電効果が得られた。
【実施例５】
実施例１における振動モータを高周波振動モータ商品名ハイフレユーラスＫＨＥ２−２Ｔに変更し、インバータで１２０Ｈｚで振動させた以外は実施例１を繰り返した。実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例６】
本実施例では図３５の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。図４８は、振動羽根等の枚数が異なるが、振動棒への振動羽根等の取付け状態を示し、図５０はその側面図を示している。振動羽根と電極用補助羽根（陰極部材）の数は後述（イ）の項目に述べたとおりである。
（イ）振動撹拌手段
日本テクノ（株）商品名絶縁式超振動α−撹拌機α−２型
振動モータ：１５０Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機製作所製低周波振動モータ
商品名ユーラスバイブレーター
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの５枚
電極用補助羽根（電極部材）：
陰極部材：ＳＵＳ３０４ ３枚
陽極部材：ＳＵＳ３０４に１０μｍの白金めっきを
したもの ２枚
固定部材：ＳＵＳ３０４製
弾性部材シート：商品名テフロン（登録商標）シート
（ロ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｅ１１Ｓ−２
５５Ｈｚに調整して使用
（ハ）整流器（振動モーター用）：中央製作所製Ｐｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ、
２００Ｖ
（ニ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（内面に塩化ビニル樹脂被覆したもの）
内径２２０ｍｍ×３２０ｍｍ×４００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ホ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ヘ）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図５９や図６０の安全装置を使用するが、本実施例では図５９と図６０の安全装置を併用したタイプの図７２のシステムを用いた。
（ト）使用電解液：蒸留水にＫＯＨ２０ｗｔ％を溶解したもの（約５５℃以上に
昇温することはないため、電解液を冷却する必要はない。）
５５℃；ｐＨ１０で電解を行い、必要量の水を補充した。
（チ）水素系−酸素系混合ガスの組成；
前述の分析手法で分析した結果、前記実施例と同様、前記表１の処理ガスデータとほぼ同一の結果が得られた。
（リ）燃料電池の構造と使用法、
図７３に示す燃料電池の構造物（２００１年６月２９日、日経ＢＰ社発行、日経メカニカル別冊、「燃料電池開発最前線」図３−１−１および図３−１−２参照）を利用した。
図７３に示す高分子固体電解質膜は、前述の商品名Ｎａｆｉｏｎである。電極は、カーボンブラックの微粒子に白金系触媒を担持したものであって、白金系触媒を高分子電解質ポリマーに分散し、これをカーボンペーパー上にスクリーン印刷して得られたものである。この電極の間に前記Ｎａｆｉｏｎを挟み、熱圧着してＭＥＡ（膜／電極接合体）としたものを一単位のセルとし、これを２０枚積層したのが図７３の下段に示すスタックである。
図７３に示す燃料極（陰極）側より本発明の水素系−酸素系混合ガスを導入し、排出口から反応残渣を排出する。なお、本実施例においては空気極側の空気口はシールして使用した（図７３のものの本来の使用法は燃料極に水素を、空気極に空気をそれぞれ供給するため、燃料極側と空気極側にそれぞれ供給口があるが、本発明では燃料極側に水素系−酸素系混合ガスを供給するため、空気極側に空気すなわち酸素を供給する必要はない）。
本実施例の場合は、水冷をしなくても８０℃以下に保たれた状態で２日間連続発電が可能であったが、図７３本来の使用法によると、冷却をしないと電池は１００℃以上に発熱し、高分子膜が破壊した。また発電効率も本発明のものは、本来の使用法の場合に較べて３０〜４０％向上した。
【実施例７】
実施例６のように、補助羽根を振動羽根と反対側に設置することにより極間距離を短くしても相互の接触が発生しないという大きなメリットがある。
また、このようなタイプの補助羽根と振動羽根を用いることにより実施例１や２のような固定電極を設けるスペースがはぶけるので、実施例６の電解槽の両端に振動撹拌電極をセットすることができた。
このような水素系−酸素系混合ガス発生手段を用いて実施例６の燃料電池を用いて発電を行った。
なお、本実施例の水素系−酸素系混合ガスも前記表１に示す処理ガスと同様の組成と特徴点を有していた。
［比較例１］
実施例６の燃料電池に市販の水素ガスボンベより水素ガスを供給し、該燃料電池の空気口より空気を供給して、発電を行った。
実施例６および７と比較例１の発電状況は、下記表２のとおりである。
【実施例８】
実施例１において、燃料電池として図７４に示す燃料電池を用いた以外は実施例１を繰り返した。
図７４に示す構成の燃料電池は、「Ｎａｔｕｒｅ」ｖｏｌ．３４３，８ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９０，第５４７〜５４８頁に記載されているものである。
固体電解質膜は、ガス透過性のイオン導電性薄膜（５００ｎｍ以下）で白金製のガス透過性燃料極と白金製の空気極とに挟まれており、燃料極はガス透過性になっている。
前記ガス透過性のイオン導電性薄膜としては、Ａｌ２Ｏ３・２Ｈ２Ｏの組成をもつ低密度ベーマイト型（γ−ＡｌＯＯＨ）無機材料を用いた。また、前記ガス透過性燃料極は、多孔性の薄い導電性カーボンペーパーに粉末状白金をまぶして固定したものを用いた。
この実施例では、前記Ｎａｔｕｒｅ記載の燃料電池に較べてほぼ３〜３．５倍の電力が得られるのは驚くべきことであり、これは、振動撹拌手段を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスの特性である。
また、セラミック電解質層を中空層（空気層）におきかえて実験を行なったが、ほぼ同じ発電効率が得られた。
【実施例９】
２００１年６月２９日、日経ＢＰ社発行、日経メカニカル別冊、「燃料電池開発最前線」の「自動車、携帯機器、家庭電源が替る」第６８〜６９頁とくに図４４に示されているＭａｎｈａｔｔａｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｓ社の「Ｍｉｃｒｏ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ」を用いた。その構成を図７５に示す。この電池のメタノール供給口にメタノールの代わりに本発明の水素系−酸素系混合ガス（生ガスの場合と処理ガスの場合の両方について実施）を供給し、空気供給口はシールして燃料電池を機能させた。
その結果、メタノールを燃料として用いた場合よりも良好な発電結果が得られた。
また、電解質層を中空層（空気層）におきかえて実験を行なったが、ほぼ同じ発電効率が得られた。
【実施例１０】
本実施例は、特開２００２−２８００１５号公報記載の単室型固体電解質型燃料電池に、炭化水素と空気の混合ガスを供給する代りに、本発明の水素系−酸素系混合ガス（生ガスの場合と処理ガスの場合の両方について実施）を供給することにより行い、０．５Ｗ／ｃｍ２の電力が得られた。
この単室型固体電解質型燃料電池の構成は、前記特開２００２−２８００１５号公報記載のとおりであるが、一応以下にそれを説明する。
この単室型固体電解質型燃料電池は、図７６及び図７７に示すように、円盤状の酸素イオン伝導性固体電解質の同一面に、それぞれ空気極及び燃料極を備える構成である。また、本単室型固体電解質型燃料電池は、アルミナ管中に収め、このアルミナ管にメタンと空気との混合気体を流通させた状態で使用する。
酸素イオン伝導性固体電解質は、Ｌａ１−ｚＳｒｚＧａ１−ｗＭｇｗＯ３−δまたはＣｅ１−γＬｎγＯ２−δを用いた。また、空気極は、ストロンチウムをドープしたＬｎ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３±δ（前記Ｌｎ；希土類元素、特にＬａ、Ｓｍ、ＧｄまたはＹｂ）であり、とくにＳｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３±δを用いた。更に、燃料極は、ニッケルと、サマリウムをドープした酸化セリウムの混合物（Ｃｅ１−γＳｍγＯ２−δ）とにパラジウムを１質量％添加した電極である。サマリウムをドープした酸化セリウムの混合物は、Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ１．９（ＳＤＣ）を用いた。また、ＮｉとＳＤＣの混合比は重量比で７：３とした。また、空気極及び燃料極は図７７に示すように、所定の空隙ができるように、間隔を空けて設けられている。
この単室型固体電解質型燃料電池を次に示すように作製した。始めは、酸素イオン伝導性固体電解質の表面に燃料極を形成する。酸化ニッケル粉末とＳＤＣ粉末を所定量秤量し、適当な有機溶媒を用いて混合粉砕した後、所定量の酸化パラジウム粉末を加えて混合粉砕してペースト状の電極材を調節する。これを酸素イオン伝導性固体電解質上にスクリーン印刷し、１４００℃にて焼き付け処理を行った。
次いで、酸素イオン伝導性固体電解質における燃料極が形成された面と同じ側に燃料極と所定の間隙を空けて空気極を形成する。Ｌｎ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３±δ（ここでは、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３±δを使用した。）を有機溶媒に溶解させて粉砕してペースト状の電極材を調節する。これを酸素イオン伝導性固体電解質の燃料極と同側の面にスクリーン印刷し、９００℃にて焼き付け処理を行った。
電極の間隔は３×１０−３ｍとした。また、燃料極のＰｄ添加量は５ｗｔ％とし、酸素イオン伝導性固体電解質は、□７×１０−３ｍ、厚さ０．３×１０−３ｍ、表面粗さＲａ０．０６×１０−６ｍのものを用いた。
【実施例１１】
実施例１に使用した水素系−酸素系混合ガス発生手段を用い、発生した水素系−酸素系混合ガスを酸素分離器を用いて酸素系ガスと水素ガス系を分離し、実施例６で用いた燃料電池の燃料極側より前記水素系ガスを、空気極側より前記酸素系ガスを供給して発電を行った。なお、電解槽内のマイナス極とプラス極の間に隔膜を設け、発生するマイナス極側の水素を主成分とするガス成分、すなわち水素系ガスとプラス極側の酸素を主成分とするガス成分、すなわち酸素系ガスを発生段階から分離、捕集し、その水素系ガスを燃料電池の燃料極に、酸素系ガスを燃料電池の空気極に供給して発電を行っても全く同様の結果が得られた。これらの結果、市販の水素ボンベと酸素ボンベを用いて同様の発電を行った場合に較べて約５割アップの発電効率を示した。これは、水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガス中のＨ、Ｈ３、ＨＤおよびＯＨの存在が寄与しているものと推定するほかはない。
【実施例１２】
本実施例では図６５〜図６７の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段
日本テクノ（株）商品名絶縁式超振動α−撹拌機α−３型
（図４９に示す）２台を電解槽中に振動羽根がそれぞれ
向き合うように設置
振動モータ：２５０Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機製作所製低周波振動モータ
商品名ユーラスバイブレーター
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの７枚
固定部材：ＳＵＳ３０４製
弾性部材シート：商品名テフロン（登録商標）シート
前記絶縁式超振動α−撹拌機の一方をプラス極に、一方をマイナス極として使用し、両者の間には隔膜を設けて水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスと、酸素ガスを主成分とするガス成分すなわち酸素系ガスとを別々に採取した。なお、振動羽根をプラス極として使用する場合にかぎり、ＳＵＳ板に白金めっき被覆を設ける。
（ロ）インバータ：（株）中央製作所製
５０Ｈｚに調整して使用
（ハ）整流器（振動モータ用）：富士電機（株） 商品名ＦＶＲ−Ｃ９Ｓ、
２００Ｖ
（ニ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（内面に塩化ビニル樹脂被覆したもの）
内径７００ｍｍ×５００ｍｍ×５００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ホ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ヘ）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスと酸素ガスを主成分とするガス成分すなわち酸素系ガスを分離し、いずれのガスも図５９の安全装置を通し、水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスは実施例６の燃料電池の燃料極側に、酸素ガスを主成分とするガス成分すなわち酸素系ガスは実施例６の燃料電池の空気極側に供給して発電を行った。
一方、比較のために、市販の水素ガスボンベの水素ガスを実施例６の燃料電池の燃料極側に供給し、空気極側には空気を供給して発電を行った。
比較例のものに較べて本実施例のものの発電効率は約５０％アップしていた。
これは、本実施例で得られた水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスがＨ、Ｈ３、ＨＤおよびＯＨを微量ながら含有しているという本発明ガスの特徴点を備えている（分析結果からみて）ことに基因するものと考えられる。
また、それぞれの単セルにおける電解質層を中空層にかえて実験を行なったが、ほぼ同様の発電効果が得られた。
【実施例１３】
本実施例では図５２〜図５３の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段
振動モータ：７５Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機工作所製
ユーラスバイブレーター２極型ＫＥＥ−１−２Ｂ
振動棒：チタン製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：チタン製厚さ６ｍｍのもの４枚
羽根の角度は水平面から１５°に下向き傾斜
（ロ）固定電極
プラス極：ステンレス板に白金めっき被膜したもの ８枚
マイナス極：ステンレス板 ９枚
（ハ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｃ９Ｓ
４２Ｈｚで作動
（ニ）整流器（振動モーター用）：中央製作所製Ｐｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ、
２００Ｖ
（ホ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（ただし内面にポリカーボネート被覆をしたもの）
内径３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×４００ｍｍ（Ｈ）
（密閉蓋使用）
（ヘ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
上下を合成ゴムでパッキングし、すき間にはシリコーン充填により密封。
（ト）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図７２のシステムを用いた。なお、発生ガスを測定するため、一部は図７２のシステムを通さず生ガスとして回収し、他の一部は図７２のシステムを追加した処理ガスとして回収し、分析に供した。
（チ）使用電解液：蒸留水にＫＯＨを加え、２０重量％水溶液として用いた。
４０℃で電気分解を行い、消費された水は逐次補給した。
得られたガスの分析結果は、前記表１に示したとおりである。
（リ）燃料電池の構造と使用法
実施例１で用いた燃料電池をそのまま利用した。実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例１４】
本実施例では図６５〜図６７の水素系−酸素系混合ガス発生手段を用い、実施例１３と同様にして水の電気分解を行い、本発明の水素系−酸素系混合ガスを製造した。得られた混合ガスを分析した結果は、前記表１の組成とほぼ同様であった。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図７７】
【技術分野】
本発明は、振動撹拌下で電解液を電気分解することにより得られる新規な水素系−酸素系混合ガス及び水素系ガス、それらよりなる燃料電池用燃料、それを用いた発電方法および燃料電池に関する。
【背景技術】
従来、燃料電池による発電は、水素を燃料極（通常はマイナス極である）に供給し、一方酸素または空気を空気極（通常はプラス極である）に供給することにより行なわれている。その理由は、燃料極には水素のみを供給しなければ
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−
の反応は進まず、また空気極に酸素または空気のような酸素含有ガスを供給しなければ、
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
の反応は起きないと考えられていたからである。
この技術に関連して、特開２００２−３４８６９４号公報には、ブラウンガスを燃料電池の燃料として用いることが記載されている。しかし、この場合は、水素と酸素とを分離するための分離器が必要であり、燃料ガスの原価を押上げる大きな要因になっていた。前記のような反応を考えると、水素と酸素との分離が不可避であると思うのは、当然のことでもあった。
さらに今までの燃料電池においては、燃料電池内に電解質層を設けることが不可欠であり、燃料電池のタイプにより電解質層を形成する電解質の種類が決まっていた。例えば、アルカリ水溶液型燃料電池における電解質は水酸化カリウム、酸水溶液型燃料電池における電解質はりん酸、溶融炭酸塩型燃料電池における電解質は炭酸リチウムまたは炭酸カリウム、固体酸化物燃料電池における電解質は安定化ジルコニア、固体高分子型燃料電池における電解質はイオン交換膜というように、電解質層の使用は不可欠であり、これらの電解質層の存在が燃料電池の小型化や低価格化の足かせになっていたのが実情である。
【発明の開示】
本発明の第一の目的は、燃料電池用燃料として利用可能な、新規な水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを提供する点にある。
本発明の第二の目的は、新規な水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスよりなる燃料電池用燃料を提供する点にある。
本発明の第三の目的は、電解質層を有さない新規な燃料電池を提供する点にある。
本発明の第四の目的は、新規な水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを燃料として用いる発電方法及び燃料電池を提供する点にある。
即ち、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むことを特徴とする水素系−酸素系混合ガスが提供される。本発明の一態様においては、前記水素系−酸素系混合ガスは
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである。本発明の一態様においては、前記水素系−酸素系混合ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られたものである。
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、上記水素系−酸素系混合ガスよりなる燃料電池用燃料が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨとを含むことを特徴とする水素系ガスが提供される。本発明の一態様においては、前記水素系ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られたものである。
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、上記水素系ガスよりなる燃料電池用燃料が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなることを特徴とする燃料電池が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られた水素系ガスを供給するための供給口を燃料極側に設け、かつ前記水素系ガスを供給される側の燃料極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスを供給するための供給口を燃料極側または燃料極側と空気極側との両方に設け、かつ前記水素系−酸素系混合ガスを供給される側の極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池が提供される。
本発明の一態様においては、前記振動撹拌手段が、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連結された少なくとも１つの振動棒および該振動棒に取付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とを含むものである。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法が提供される。
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池のガス透過性燃料極側またはガス透過性燃料極側とガス透過性空気極側との両方に、燃料として供給して発電することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法が提供される。
以上のような本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、燃料電池用燃料として使用すると、従来の水素ガスを用いた場合に較べて驚くほど高いエネルギー効率（２〜３．５倍の電力を発生できる）を示す。これは、その成分中にＯＨを含有していること、さらにはＨ、Ｈ３および／またはＨＤを含有していることによるものと推定される。
（２）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、通常のブラウンガスに比べて極めて安全であり、貯蔵しておくことが事実上可能であり、ガス組成も驚くべきことに少なくとも１〜２ヶ月間は変化がなく、その結果、ガス製造直後と同一の発電能力を保つ。
（３）通常のブラウンガスは危険性が高いので、圧縮することはできないが、本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２程度まで圧縮しても安全であり、この状態で貯蔵可能である。
（４）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、従来から用いられている燃料電池の燃料としてそのまま使用しても従来の水素ガスを用いたときの２〜３．５倍の電力が得られる。
（５）本発明の水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを用いる場合には、従来の燃料電池では必要条件とされている電解質層を設けなくともよく、その代わりに燃料極と空気極とがショートしないような中空層を存在させるだけでよいので、電解質が不要の分だけコスト削減につながる。
（６）本発明の電解質層が不要な燃料電池は、構造が簡素化され、製造コスト、修理コストが低減するとともに、故障の確率も低減する。
（７）従来の水素ガスを用いた燃料電池では、供給ガスを８０℃程度に加温して水素と酸素の反応を促進してやる必要があり、また結露を防ぐためにも８０℃に保温しておく必要があった。しかし、本発明の水素系ガスや、水素系−酸素系混合ガスを用いる場合には、加温の必要は全くない。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図２、図１の水素系−酸素系混合ガス発生手段の平面図である。
図３は、図１のガス発生手段の側面図である。
図４は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の他の１例を示す断面図である。
図５は、図４のガス発生手段の平面図である。
図６は、図４のガス発生手段の断面図である。
図７は、図１または図４のガス発生手段の部分拡大断面図である。
図８Ａは、電極群の構成を示す斜視図である。
図８Ｂは、電極群の構成を示す正面図である。
図９Ａは、電極群を構成する絶縁体枠を示す正面図である。
図９Ｂは、電極群を構成する電極を示す正面図である。
図１０は、図４のガス発生手段の部分拡大平面図である。
図１１は、図１または図４のガス発生手段の振動部材への振動棒の取り付け部の拡大断面図である。
図１２は、振動部材への振動棒の取り付け部の変形例を示す拡大断面図である。
図１３は、図１または図４のガス発生手段の振動棒への振動羽根の取り付け部の拡大断面図である。
図１４は、振動羽根の長さとしなりの程度との関係を示すグラフである。
図１５は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１６は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１７は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１８は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図１９は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図２０は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段を構成する振動撹拌手段の電解槽への取り付けの形態を示す断面図である。
図２１は、図２０に示される振動撹拌手段の断面図である。
図２２は、図２０に示される振動撹拌手段の平面図である。
図２３Ａ〜図２３Ｃは、積層体の平面図である。
図２４Ａ及び図２４Ｂは、積層体による電解槽の閉塞の様子を示す断面図である。
図２５Ａ〜図２５Ｅは、積層体の断面図である。
図２６は、振動撹拌手段の変形例を示す断面図である。
図２７は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図２８は、図２７のガス発生手段の断面図である。
図２９は、図２７のガス発生手段の平面図である。
図３０は、振動棒の電気的絶縁領域の近傍を示す部分拡大断面図である。
図３１は、振動棒の電気的絶縁領域の斜視図である。
図３２は、振動棒の電気的絶縁領域の平面図である。
図３３は、絶縁式振動撹拌手段の側面図である。
図３４は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図３５は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図３６は、振動羽根の近傍を示す断面図である。
図３７は、電極用補助羽根を示す図である。
図３８は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図３９は、絶縁式振動撹拌手段の断面図である。
図４０は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図４１は、図４０のガス発生手段の断面図である。
図４２は、図４０のガス発生手段の平面図である。
図４３は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す部分断面図である。
図４４は、図４３のガス発生手段の断面図である。
図４５は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。
図４６は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。
図４７は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。
図４８は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す部分断面図である。
図４９は、図４８の振動撹拌手段の部分側面図である。
図５０は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す部分側面図である。
図５１は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図５２は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図５３は、図５２のガス発生手段の断面図である。
図５４は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の１例を示す断面図である。
図５５は、図５４のガス発生手段の断面図である。
図５６は、電極部材を構成する円柱状チタン網ケースの斜視図である。
図５７は、電極部材の正面図である。
図５８Ａ〜図５８Ｅは、振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態を示す模式図である。
図５９は、本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段のガス捕集手段の一部を示す図である。
図６０は、本発明の水素系−酸素系混合ガス発生手段から燃料電池の燃料極へ水素系−酸素系混合ガスを送る場合の安全装置の１例を示す図である。
図６１は、蓋部材の変形例を示す斜視図である。
図６２は、本発明による発電方法の実施される燃料電池の模式図である。
図６３は、水素−酸素混合ガス（生ガス）の質量分析で得られたデータの一部を示す図である。
図６４は、水素−酸素混合ガス（処理ガス）の質量分析で得られたデータの一部を示す図である。
図６５は、本発明の水素系−酸素系混合ガス発生手段の他の１例を示す断面図である。
図６６は、図６５のガス発生手段の断面図である。
図６７は、図６５のガス発生手段の部分拡大図である。
図６８は、振動棒部分のシール（気密化）手段の１例を示す断面図である。
図６９は、小型固体高分子型燃料電池の構成を示す図である。
図７０は、図６９の構成を組み立てた燃料電池の外観を示す図である。
図７１は、本発明の水素系−酸素系混合ガスの燃焼により得られた火焔スペクトル図である。
図７２は、本発明の水素系−酸素系混合ガスを用いるときの安全装置の１例を示す図である。
図７３は、固体高分子電解質型燃料電池の１例を示す構成図である。
図７４は、燃料電池の構造をモデル的に示す図である。
図７５は、メタノール型燃料電池の概略図である。
図７６は、単室型固体酸化物型燃料電池の概略図である。
図７７は、図７６の燃料電池の部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態を説明する。尚、図面において、同様な機能を有する部材又は部分には同一の符号が付されている。
図１〜図３は本発明による水素系−酸素系混合ガスの製造に使用される水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す図である。ここで、図１は断面図であり、図２は平面図であり、図３は側面図である。また、図４〜図６は本発明による水素系−酸素系混合ガスの製造に使用される水素系−酸素系混合ガス発生手段の他の具体例の構成を示す図である。ここで、図１は断面図であり、図２は平面図であり、図３は断面図である。図４〜図６の具体例は図１〜図３の具体例と本質的には同様な機能を有しており、以下の説明は、主として図１〜図３を参照しているが、図４〜図６についても同様にあてはまるものである。
これらの図において、１０Ａは電解槽であり、該電解槽には電解液１４が収容されている。１６は振動撹拌手段である。該振動撹拌手段１６は、電解槽１０Ａとは別に配置された支持台１００に防振ゴムを介して取り付けられた基台１６ａ、該基台に下端を固定された振動吸収部材としてのコイルバネ１６ｂ、該コイルバネの上端に固定された振動部材１６ｃ、該振動部材に取り付けられた振動モータ１６ｄ、振動部材１６ｃに上端を取り付けられた振動棒（振動伝達ロッド）１６ｅ、該振動棒の下半部において電解液１４に浸漬する位置に回転不能に複数段に取り付けられた振動羽根１６ｆを有する。振動モータ１６ｄ及び振動部材１６ｃを含んで振動発生手段が構成され、該振動発生手段が振動棒１６ｅと連係している。また、振動棒１６ｅ及び振動羽根１６ｆを含んで振動撹拌部材が構成され、該振動撹拌部材と上記振動発生部材とを含んで振動撹拌手段が構成されている。コイルバネ１６ｂ内には、後述の図１６その他に示されているように、棒状のガイド部材を配置することができる。
尚、振動撹拌手段における振動発生手段としては、振動発生源として一般の機械式振動モータを用いたもの以外にマグネット振動モータやエアー振動モータ等を用いたものを使用することも可能である。
振動モータ１６ｄは例えば後述の図１５に示されるインバータ３５を用いた制御により例えば１０〜５００Ｈｚ、好ましくは１０〜２００Ｈｚ、更に好ましくは１０〜１２０Ｈｚ、とくに好ましくは２０〜６０Ｈｚで振動する。振動モータ１６ｄで発生した振動は、振動部材１６ｃ及び振動棒１６ｅを介して振動羽根１６ｆに伝達される。振動羽根１６ｆは、電解液１４中で所要の振動数で先端縁が振動する。この振動は、振動羽根１６ｆが振動棒１６ｅへの取り付け部分から先端縁へと「しなる」ように発生する。この振動の振幅及び振動数は、振動モータ１６ｄのものとは異なるが、振動伝達経路の力学的特性及び電解液１４との相互作用の特性などに応じて決まり、本発明では、通常、振幅０．０１〜３０ｍｍ、好ましくは０．１〜１０ｍｍで、振動数６００〜３００００回／分、好ましくは６００〜１２０００回／分、更に好ましくは６００〜７２００回／分、特に好ましくは１２００〜３６００回／分である。
図１１は振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の拡大断面図である。振動棒１６ｅの上端に形成されたオネジ部に、振動部材１６ｃの上側から振動応力分散部材１６ｇ及びワッシャ１６ｈを介してナット１６ｉを適合させており、振動部材１６ｃの下側から振動応力分散部材１６ｇを介してナット１６ｉを適合させている。振動応力分散部材１６ｇは、振動応力分散手段として用いられており、例えばゴムからなる。振動応力分散部材１６ｇは、例えば硬い天然ゴム、硬い合成ゴム、合成樹脂等のショアーＡ硬度８０〜１２０、好ましくは９０〜１００の硬質弾性体により構成することができる。とくに、ショアーＡ硬度９０〜１００の硬質ウレタンゴムが耐久性、耐薬品性の点で好ましい。振動応力分散手段を使用することにより、振動部材１６ｃと振動棒１６ｅとの接合部分の近辺への振動応力の集中が防止され、振動棒１６ｅが折れにくくなる。とくに、振動モータ１６ｄの振動周波数を１５０Ｈｚ以上に高くした場合や液が高粘度の場合には、振動棒１６ｅの折れ発生防止の効果は顕著である。
図１２は振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の変形例を示す拡大断面図である。この変形例は、図１１の取り付け部とは、振動部材１６ｃの上側に振動応力分散部材１６ｇを配置しないこと、及び振動部材１６ｃと振動応力分散部材１６ｇとの間に球面スペーサ１６ｘを介在させたことが異なるのみであり、他は同様である。
図１３は振動棒１６ｅへの振動羽根１６ｆの取り付け部の拡大断面図である。振動羽根１６ｆの各々の上下両側には、振動羽根固定部材１６ｊが配置されている。隣接する振動羽根１６ｆどうしの間には固定部材１６ｊを介して振動羽根１６ｆの間隔設定のためのスペーサリング１６ｋが配置されている。尚、最上部の振動羽根１６ｆの上側及び最下部の振動羽根１６ｆの下側には、図１に示されているように、スペーサリング１６ｋを介して又は介することなく、振動棒１６ｅに形成されたオネジに適合するナット１６ｍが配置されている。図１３に示されているように、各振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとの間にフッ素系樹脂やフッ素系ゴムなどからなる振動応力分散手段としての弾性部材シート１６ｐを介在させることで、振動羽根１６ｆの破損を防止することができる。弾性部材シート１６ｐは、振動羽根１６ｆの破損防止効果を一層高めるために、固定部材１６ｊから若干はみ出すように配置するのが好ましい。図示されているように、上側の固定部材１６ｊの下面（押圧面）は凸状面とされており、下側の固定部材１６ｊの上面（押圧面）は対応する凹状面とされている。これにより、固定部材１６ｊにより上下方向から押圧される振動羽根１６ｆの部分は湾曲せしめられ、振動羽根１６ｆの先端部は水平面に対して角度αをなしている。この角度αは、例えば−３０°以上３０°以下好ましくは−２０°以上２０°以下とすることができる。特に、角度αは、−３０°以上−５°以下または５°以上３０°以下、好ましくは−２０°以上−１０°以下または１０°以上２０°以下とするのが好ましい。固定部材１６ｊの押圧面を平面とした場合には、角度αは０°である。角度αは、全ての振動羽根１６ｆについて同一である必要はなく、例えば、下方の１〜２枚の振動羽根１６ｆについては−の値（即ち下向き：図１３に示される向き）とし、それ以外の振動羽根１６ｆについては＋の値（即ち上向き：図１３に示されるものと逆の向き）とすることができる。振動羽根を下向きにつけると、電解により発生する活性ガスが上部に逃げにくくなり、液中への溶存、溶解に有効であり、好ましい。
振動羽根１６ｆとしては、弾力性のある金属板、合成樹脂板またはゴム板などを用いることができる。振動羽根１６ｆの厚みは、振動条件や電解液１４の粘度などにより好ましい範囲は異なるが、振動撹拌手段１６の作動時に、振動羽根が折れることなく、振動撹拌の効率を高めるように振動羽根１６ｆの先端部分が“フラッター現象”（波打つような状態）を呈するように設定される。振動羽根１６ｆがステンレス鋼板などの金属板からなる場合には、その厚みは０．２〜２ｍｍとすることができる。また、振動羽根１６ｆが合成樹脂板やゴム板からなる場合には、その厚みは０．５〜１０ｍｍとすることができる。振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとを一体成形したものを使用することもできる。この場合は、振動羽根１６ｆと固定部材１６ｊとの接合部に電解液１４が浸入し固形分が固着して洗浄に手間がかかるというような問題を回避することができる。
金属製の振動羽根１６ｆの材質としては、チタン、アルミニウム、銅、鉄鋼、ステンレス鋼、磁性鋼などの磁性金属、これらの合金が挙げられる。合成樹脂製の振動羽根１６ｆの材質としては、ポリカーボネート、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレンなどが挙げられる。振動羽根は、プラスチック部材の表面にめっきなどにより導電処理を施したものであってもよい。
電解液１４内での振動羽根１６ｆの振動に伴って発生する振動羽根の“フラッター現象”の程度は、振動モータ１６ｄの振動の周波数、振動羽根１６ｆの長さ（固定部材１６ｊの先端縁から振動羽根１６ｆの先端縁までの寸法：後述の図３６のＤ２）と厚み、及び電解液１４の粘度や比重などによって変化する。与えられた周波数においてもっともよく“しなる”振動羽根１６ｆの長さと厚みとを選択することができる。振動モータ１６ｄの振動の周波数と振動羽根１６ｆの厚みとを一定にして、振動羽根１６ｆの長さを変化させてゆくと、振動羽根のしなりの程度は図１４に示すようになる。即ち、長さｍが大きくなるに従って、ある段階までは大きくなるが、それをすぎるとしなりの程度Ｆは小さくなり、ある長さのときには殆どしなりがなくなり、さらに振動羽根を長くするとまたしなりが大きくなるという関係をくりかえすことが判った。
振動羽根の長さは、第１回目のピークを示す長さＬ１か、第２回目のピークを示す長さＬ２を選択することが好ましい。Ｌ１にするかＬ２にするかは、系の振動を強くするか流動を強くするかに応じて適宜選択できる。
振動周波数３７〜６０Ｈｚ、７５ｋＷの振動モータでステンレススチール（ＳＵＳ３０４）製の振動羽根の種々の厚みのものについて、Ｌ１及びＬ２を求めたところ、以下のような結果が得られた。
厚み Ｌ１ Ｌ２
０．１０ｍｍ 約１５ｍｍ −
０．２０ｍｍ 約２５ｍｍ 約７０ｍｍ
０．３０ｍｍ 約４５ｍｍ １１０〜１２０ｍｍ
０．４０ｍｍ 約５０ｍｍ １４０〜１５０ｍｍ
０．５０ｍｍ 約５５ｍｍ 約１７０ｍｍ
尚、この実験において、振動棒１６ｅの中心から固定部材の先端までの距離は２７ｍｍであり、振動羽根１６ｆの傾斜角度αは上向き１５°（＋１５°）とした。
以上のような振動撹拌手段１６としては、以下の文献（これらは本発明者の発明に係る特許出願に関するものである）及び本出願人による特許出願である特願２００１−１３５５２８、特願２００１−３３８４２２に記載されているような振動撹拌機（振動撹拌装置）を使用することが可能である：
特開平３−２７５１３０号公報（特許第１９４１４９８号）、
特開平６−２２０６９７号公報（特許第２７０７５３０号）、
特開平６−３１２１２４号公報（特許第２７６２３８８号）、
特開平８−２８１２７２号公報（特許第２７６７７７１号）、
特開平８−１７３７８５号公報（特許第２８５２８７８号）、
特開平７−１２６８９６号公報（特許第２９１１３５０号）、
特開平９−４０４８２号公報（特許第２９１１３９３号）、
特開平１１−１８９８８０号公報（特許第２９８８６２４号）、
特開平７−５４１９２号公報（特許第２９８９４４０号）、
特開平６−３３０３９５号公報（特許第２９９２１７７号）、
特開平６−２８７７９９号公報（特許第３０３５１１４号）、
特開平６−２８００３５号公報（特許第３２４４３３４号）、
特開平６−３０４４６１号公報（特許第３１４２４１７号）、
特開平１０−４３５６９号公報（特許第３３２０９８４号）、
特開平１０−３０９４５３号公報、
特開平１１−２５３７８２号公報（特許第３１９６８９０号）、
特開２０００−２８２２９３号公報（特許第３０４６５９４号）、
特開２０００−３１７２９５号公報
特開２００２−０５３９９９号公報
特開２００２−１２１６９９号公報
特開２００２−１４６５９７号公報
ＷＯ ０２／０９０６２１Ａ１
ＷＯ ０３／０００３９５Ａ１
ＷＯ ０３／０４８４２４Ａ１。
本発明において、振動撹拌手段１６は、図１に示されている様に、電解槽の両端部に配置しても良いが、一方の端部のみに配置しても良い。また、振動羽根として両側に対称的に延びているものを使用すれば、振動撹拌手段１６を電解槽の中央に配置し、その両側に後述の様な電極群を配置することも可能である。
なお、本発明において、特開平６−３０４４６１号公報に記載されている様な振動羽根が電解槽の底部に存在するタイプの振動撹拌手段を用いることにより、電解槽内の電極群の配置スペースが広くなり、電解槽の容積あたりのガス発生量を高めることができるとともに、上下方向に沿って電極を配置する場合には電極として後述の多孔性のものを使用する必要がなくなるという利点がある。
再び図１〜図３を参照する。本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の具体例では、電解槽１０Ａの両端部にそれぞれ上記の様な振動撹拌手段１６が配置されている。電解槽１０Ａの中央部には、電極対を構成する板状の陽極部材２ｘ及び板状の陰極部材２ｙが互いに平行に配置されている。一方の振動撹拌手段１６は陽極部材２ｘの表面（主面）と対向するように配置されており、他方の振動撹拌手段１６は陰極部材２ｙの表面（主面）と対向するように配置されている。
陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙの材料としては、通常の水の電気分解に使用されるものを使用することができる。たとえば、陽極部材として二酸化鉛、マグネタイト、フェライト、黒鉛、白金、Ｐｔ−Ｉｒ合金、チタン合金、貴金属被覆チタン（例えば白金被覆チタン）などが例示でき、陰極部材としてロジウム、ニッケル、ニッケル合金（Ｎｉ−Ｍｏ２、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｄ、Ｎｉ−Ｓｘ、ラネーニッケル等）、チタン合金等の貴金属が例示できる。陽極と陰極との間の距離は、例えば５ｍｍ〜４００ｍｍである。
陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは板状体であるから、これを多孔性のものとすることで、図１に示すように、振動撹拌手段１６の振動羽根１６ｆによる振動撹拌で発生せしめられる電解液１４の流動を遮るように振動羽根１６ｆに向かう方向に対してほぼ直角に設けられる場合にも、小孔を通って電解液１４がスムースに流動することができる。小孔の形状は円形状でも多角形状でもよく、特に制限はない。また、小孔の大きさや数は電極本来の目的と多孔性にする目的との双方のバランスを考えて、適宜設定するのが好ましい。電極における小孔の面積割合は、有効面積（即ち電解液１４と接触する面積）で、電極面積が５０％以上となる様にするのが好ましい。多孔性電極は網状または籠状であっても良い。
陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは、それぞれ不図示の陽極主ブスバー及び陰極主ブスバーに接続されており、これら陽極主ブスバー及び陰極主ブスバーは図１に示されている電源（例えば整流器）３４に接続されている。該電源３４と陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙとを含んで電気分解手段が構成される。
多数枚の電極即ち陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙを一定の間隔で電解槽内にセットするためには、絶縁体枠／電極／絶縁体枠／……電極／絶縁体枠という形で電極群を組み立てることが好ましい。図８Ａにその基本的組合せである絶縁体枠７０と電極７１との組合せ態様を示す。図９Ａは、絶縁体枠の平面図であり、図９Ｂは電極の平面図であり、図８Ｂは図９Ａの絶縁体枠７０の後に図９Ｂの電極を重ねたときの平面図である。電極は板状体であるから、例えば図１や図２に示すように振動撹拌手段に向かう方向に対して直角に電極板を設ける場合には電極板を多孔質のものとする必要がある。一方、振動撹拌手段に向かう方向と平行に電極板を設ければ、電極板を多孔質にする必要は必ずしもない。また、この場合には電極板を上下方向及び水平方向のいずれにも配置することができる。前記絶縁体枠を形成している絶縁体としては、天然ゴム、合成ゴム、合成樹脂などを用いることができる。
電源３４は、直流を発生するものであればよく、通常の平滑な直流でもよいが、その他の種々の波形の電流を使用することができる。この様な電解電流の波形は、例えば、「電気化学」第２４巻３９８〜４０３頁、同４４９〜４５６頁、１９９６年４月１５日全国鍍金材料組合連合会発行、「めっき技術ガイド」３７８〜３８５頁、昭和５８年６月１５日（株）広信社発行「表面技術総覧」３０１〜３０２頁、同５１７〜５２７頁、同１０５０〜１０５３頁、昭和４６年７月２５日日刊工業新聞社発行「めっき技術便覧」３６５〜３６９頁、同６１８〜６２２頁等に記載されている。
本発明では、とりわけ、エネルギー効率の向上の観点から、パルス波形のうちの矩形波パルス波形のものを使用することが好ましい。この様な電源（電源装置）は、交流電圧から矩形波状電圧を作成することができるものであり、このような電源は例えばトランジスタを用いた整流回路を有するものであり、パルス電源装置として知られている。このような電源装置または整流器としては、トランジスタ調整式電源、ドロッパー方式の電源、スイッチング電源、シリコン整流器、ＳＣＲ型整流器、高周波型整流器、インバータデジタル制御方式の整流器〔例えば（株）中央製作所製のＰｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ［登録商標］〕、（株）三社電機製作所製のＫＴＳシリーズ、四国電機株式会社製のＲＣＶ電源、スイッチングレギュレータ式電源とトランジスタスイッチとからなりトランジスタスイッチがＯＮ−ＯＦＦすることで矩形波状のパルス電流を供給するもの、高周波スイッチング電源（交流をダイオードにて直流に変換した後にパワートランドスタで２０〜３０ＫＨｚの高周波をトランスに加えて再度整流、平滑化し出力を取り出す）、ＰＲ式整流器、高周波制御方式の高速パルスＰＲ電源〔例えばＨｉＰＲシリーズ（株）千代田〕などが利用可能である。
陽極部材と陰極部材との間に印加する電圧は、通常の水の電気分解の場合と同様である。
電解液１４は、電解質を含む水である。ここにおける電解質としては、水溶性のアルカリ金属水酸化物（ＫＯＨ、ＮａＯＨなど）またはアルカリ土類金属水酸化物〔例えばＢａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）２など〕、あるいは第４級アルキルアンモニウムなど、またリン酸や硫酸など、従来公知のものを使用することができる。これらの中でもＫＯＨが好ましい。電解液中の電解質の含有量は、５〜３０％が好ましい。また、電解液のｐＨは、７〜１０であるのが好ましい。但し、ＮａＣｌやＨＣｌのように電気分解によりハロゲンガスを発生するものは、装置の耐薬品性などが必要であり大量に使用した場合の環境汚染防止の観点から排気ガス処理を必要とする。
図１〜図３に示されている様に、電解槽１０Ａの上部には蓋部材１０Ｂが付設されている。該蓋部材には、電解により発生する水素系−酸素系混合ガスを回収するための水素系−酸素系混合ガス取出口１０Ｂ′が設けられている。該取出口１０Ｂ′には、水素系−酸素系混合ガス採取管１０Ｂ″が接続されている。これらの蓋部材１０Ｂ及び水素系−酸素系混合ガス採取管１０Ｂ″を含んで、水素系−酸素系混合ガス捕集手段が構成される。
この具体例では、水素系ガスと酸素系ガスとはこれらが均一に混合した水素系−酸素系混合ガスとして回収される。この水素系−酸素系混合ガスは、振動流動攪拌を伴わない電解で得られる水素−酸素混合ガス（爆鳴気）とは異なり、加圧しても爆発を生ずることがなく、タンク及びボンベなどの容器に加圧状態、減圧状態または常圧状態で保管することができる。また、電解槽１０Ａの内部において、上部空間を陽極部材側空間と陰極部材側空間とに区画する分離壁を設け、陽極部材側空間及び陰極部材側空間のそれぞれに連通する水素系ガス採取管及び酸素系ガス採取管を設けることにより、水素系ガスと酸素系ガスとを別々に分離して回収することもできる。
電解槽１０Ａ及び蓋部材１０Ｂの材質としては、例えばステンレススチール、銅、その他の金属に絶縁被覆を施したものあるいはポリカーボネート等の合成樹脂が例示される。尚、電解槽１０Ａには、内部の電解液１４のレベル調整のための配管１０Ａ′が接続されている。
振動撹拌手段１６の振動棒１６ｅは、蓋部材１０Ｂを上下方向に貫通して延びている。この貫通は、図７及び図１０に示されている様に、蓋部材１０Ｂに設けられた開口の内端縁に付された固定部材１０Ｄと振動棒１６ｅの外面に付された固定部材１０Ｅとの間をゴム板等のフレキシブル部材１０Ｃにより気密にシールしたものとすることができる。あるいは、気密シールのための手段は、振動棒１６ｅにサポートベアリングの内輪を取り付け、該サポートベアリングの外輪を蓋部材１０Ｂの開口の内端縁に取り付け、外輪に対して内輪を上下に適宜のストロークにわたって移動可能にしたものであっても良い。蓋部材１０Ｂに設けられた開口に、振動棒１６ｅが通過する部分のみ開口したゴム板またはその積層体等の気密シール手段を取り付けてもよい。このシール手段としては例えば、ゴム、特に変形性良好な軟らかいゴムが使用できる。振動棒の上下振動の振幅は、通常２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下であり、その下限は例えば０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上といった程度であるから、シール部材としてゴムなどを使用することで、追従が可能となり摩擦熱の発生も少なく良好な気密状態が実現される。
なお、より一層完全なシールを達成する手段としては、図６８に示すようなタイプがある。このケースにおいては振動棒とパッキンとの間のシールを一層安全、確実にするため、たとえばシリコーン樹脂系の潤滑性シーリング剤を存在させている。即ち、振動棒１６ｅが貫通する蓋部材１０Ｂの部分に設けられているシール手段は、蓋部材１０Ｂに取り付けられた軸支持ボス部１０Ｈ、及びその上下に合成ゴム製パッキン１０Ｊを介して取り付けられた合成樹脂製のシート部材１０Ｋを有しており、シート部材の部分と振動棒の部分との間にはシリコーン樹脂１０Ｌが充填されている。これにより、極めて優れたシール性能が得られる。
電解は、液温２０〜１００℃で、電流密度７〜４０Ａ／ｄｍ２で行なうのが好ましい。電解により発生する水素系−酸素系混合ガスは、図５９に示されている様に、ガス採取管１０Ｂ″に接続されたシールポット１０Ｂ″′を経て取り出される。シールポット１０Ｂ″′もガス捕集手段を構成する。図６０は、ガス発生手段により製造された水素系−酸素系混合ガスを燃料電池へと供給する経路に用いられる安全装置の一例を示す図である。水素系−酸素系混合ガスは、所要の容量のガス溜め、除湿器及び炎止めタンクを経て燃料電池の水素系−酸素系混合ガス供給口へと供給される。
また、上記図５９と図６０の装置を一体化した図７２のものを安全装置として使用することもできる。ここで、ガス溜めは水素系−酸素系混合ガス発生手段を構成する電解槽に連結されている。水素系−酸素系混合ガスは、シールポットを経て、燃料電池の例えば燃料極へ供給することもできるし、貯蔵ボンベに貯蔵することもできる。
図１５は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、基台１６ａは、振動吸収部材４１を介して電解槽１０Ａの上部に取り付けられた取り付け台４０上に固定されている。また、取り付け台４０には、垂直方向に上方へと延びた棒状のガイド部材４３が固定されており、該ガイド部材４３はコイルバネ１６ｂ内に位置している。振動モータ１６ｄとそれを駆動するための電源１３６との間には、振動モータ１６ｄの振動周波数を制御するためのトランジスタ・インバータ３５が介在している。電源１３６は、例えば２００Ｖである。このような振動モータ１６ｄの駆動手段は、上記その他の本発明の具体例においても使用することができる。
図１６は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、振動部材１６ｃに垂直方向に下方へと延びた棒状の上側ガイド部材１４４が固定されており、取り付け台４０に垂直方向に上方へと延びた棒状の下側ガイド部材１４５が固定されており、これらガイド部材１４４、１４５はコイルバネ１６ｂ内に位置している。上側ガイド部材１４４の下端と下側ガイド部材１４５の上端との間には、振動部材１６ｃの振動を許容するような適度の間隙が形成されている。
図１７は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、振動モータ１６ｄは、振動部材１６の上側に付設された付加的振動部材１６ｃ′の下側に取り付けられている。また、振動棒１６ｅは、電解槽１０Ａ内において分岐して２つの部分１３４とされており、これら２つのロッド部分１３４の間に振動羽根１６ｆが掛け渡されて取り付けられている。
図１８及び図１９は振動撹拌手段の一変形例を示す断面図である。この例では、最も下側の振動羽根１６ｆが下向きに傾斜しており、その他の振動羽根１６ｆが上向きに傾斜している。このようにすると、電解槽１０Ａの底部に近い部分の電解液１４の振動撹拌を充分に行うことができ、電解槽底部に溜りが発生するのを防止することができる。また、振動羽根１６ｆの全部を下向きに傾斜させることができる。
図２０及び図２１は振動撹拌手段の電解槽への取り付けの他の形態を示す断面図であり、図２２はその平面図である。図２０及び図２１はそれぞれ図２２のＸ−Ｘ′断面及びＹ−Ｙ′断面に相当する。
この形態では、振動吸収部材として上記コイルバネ１６ｂに代えてゴム板２と金属板１、１′との積層体３が用いられている。即ち、積層体３は、電解槽１０Ａの上端縁部に固定された取り付け部材１１８に防振ゴム１１２を介して取り付けられた金属板１′をボルト１３１により固定し、該金属板１′上にゴム板２を配置し、該ゴム板２上に金属板１を配置し、これらをボルト１１６及びナット１１７により一体化することで形成されている。
振動モータ１６ｄは支持部材１１５を介してボルト１３２により金属板１に固定されている。また、振動棒１６ｅの上端部はゴムリング１１９を介して積層体３特に金属板１とゴム板２とに取り付けられている。即ち、上側金属板１は図１、図４その他に記載されている具体例の振動部材１６ｃの機能をも発揮するものであり、下側金属板１′は図１、図４その他に記載されている具体例の基台１６ａの機能をも発揮するものである。そして、これら金属板１、１′を含む積層体３（主としてゴム板２）が図１、図４その他に記載されているコイルバネ１６ｂと同様な振動吸収機能を発揮する。
図２３Ａ〜２３Ｃは積層体３の平面図を示す。図２０〜２２の形態に対応する図２３Ａの例では、稿層体３には振動棒１６ｅを通すための貫通孔５が形成されている。また、図２３Ｂの例では、積層体３は貫通孔５を通る分割線により２分割された２つの部分３ａ、３ｂからなり、これによれば装置組立の際に振動棒１６ｅを容易に通すことができる。また、図２３Ｃの例では、積層体３は、電解槽１０Ａの上端縁部に対応する環形状をなしており、中央部に開口部６が形成されている。
図２３Ａ、２３Ｂの例では、電解槽１０Ａの上部が積層体３により塞がれ、これにより上記の蓋部材１０Ｂと同等の機能が発揮される。
図２４Ａ、２４Ｂは、このような積層体３による電解槽の閉塞（シール）の様子を示す断面図である。図２４Ａの形態では、ゴム板２が貫通孔５において振動棒１６ｅに当接してシールがなされる。また、図２４Ｂの形態では、積層体３の開口部６において該積層体３と振動棒１６ｅとに取り付けられこれらの間の空隙を塞ぐフレキシブルシール部材１３６′が設けられている。
図２５Ａ〜２５Ｅに振動吸収部材としての積層体３の例を示す。図２５Ｂの例は上記図２０〜２２の具体例のものである。図２５Ａの例では、積層体３は金属板１とゴム板２とからなる。図２５Ｃの例では、積層体３は上側金属板１と上側ゴム板２と下側金属板１′と下側ゴム板２′とからなる。図２５Ｄの例では、積層体３は上側金属板１と上側ゴム板２と中間金属板１″と下側ゴム板２′と下側金属板１′とからなる。積層体３における金属板やゴム板の数は、例えば１〜５とすることができる。尚、本発明においては、ゴム板のみから振動吸収部材を構成することも可能である。
金属板１、１′、１″の材質としては、ステンレス鋼、チタン、鉄、銅、アルミニウム、その他適宜の合金を使用することができる。金属板の厚さは、例えば１０〜４０ｍｍである。但し、積層体以外の部材に対して直接固定されない金属板（例えば上記中間金属板１″）は０．３〜１０ｍｍと薄くすることができる。
ゴム板２、２′の材質としては、合成ゴム又は天然ゴムの加硫物を使用することができ、ＪＩＳ Ｋ６３８６で規定される防振ゴムが好ましく、更に特に静的剪断弾性率４〜２２ｋｇｆ／ｃｍ２好ましくは５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２、伸び２５０％以上のものが好ましい。合成ゴムとしては、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ニトリル−クロロプレンゴム、スチレン−クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム、エピクロルヒドリン系ゴム、アルキレンオキシド系ゴム、フッ素系ゴム、シリコーン系ゴム、ウレタン系ゴム、多硫化ゴム、フォスファゼンフッ素ゴムを例示することができる。ゴム板の厚さは、例えば５〜６０ｍｍである。
図２５Ｅの例では、積層体３は上側金属板１とゴム板２と下側金属板１′とからなり、ゴム板２が上側ソリッドゴム層２ａとスポンジゴム層２ｂと下側ソリッドゴム層２ｃとからなる。ソリッドゴム層２ａ、２ｃのうちの一方を除去してもよいし、更に複数のソリッドゴム層と複数のスポンジゴム層とを積層したものであってもよい。
図２６は、振動撹拌手段１６の変形例を示す図である。この例では、振動モータ１６ｄが電解槽１０Ａの側方に位置しており、振動部材１６ｃが電解槽１０Ａの上方へと水平に延びている。そして、該振動部材１６ｃに振動棒１６ｅが取り付けられている。この構成によれば、電解槽１０Ａに対する上記蓋部材１０Ｂの着脱が容易となり、高さが低くなって安定度がまし、運送時の振動によるバネの横ゆれを防止できる。尚、図２６には電解槽１０Ａの一側方に位置する振動撹拌手段１６のみが示されているが、電解槽１０Ａの両側方に振動撹拌手段１６を配置してもよい。
以上の具体例においては、陽極部材及び陰極部材の少なくとも一方の表面に対向するように振動撹拌手段の振動撹拌部材を配置することで、陽極部材または陰極部材が１つであっても、その高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。
図２７〜図２９は本発明による水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す図である。ここで、図２７〜図２８は断面図であり、図２９は平面図である。
本具体例においては、振動撹拌手段として絶縁式のものを用いている。即ち、絶縁式振動撹拌部材として、振動部材１６ｃに上端を取り付けられた振動棒上部分１６ｅ′と、振動羽根が取り付けられた振動棒下部分１６ｅ″′と、振動棒上部分１６ｅ′の下端及び振動棒下部分１６ｅ″′の上端の間に介在せしめられた絶縁領域１６ｅ″とを含んでなる振動棒１６ｅを使用している。
振動モータ１６ｄとそれを駆動するための不図示の電源（例えば２００Ｖ）との間には、振動モータ１６ｄの振動周波数を制御するためのトランジスタ・インバータが介在している。このような振動モータ１６ｄの駆動手段は、その他の本発明の具体例においても使用することができる。振動モータ１６ｄは、インバータを用いた制御により、上記具体例と同様に１０〜５００Ｈｚで振動する。振動モータ１６ｄで発生した振動は、振動部材１６ｃ及び振動棒１６ｅを介して振動羽根１６ｆに伝達される。
図３０は、振動棒の電気的絶縁領域１６ｅ″の近傍を示す部分拡大断面図である。また、図３１は電気的絶縁領域１６ｅ″の斜視図を示し、図３２はその平面図を示す。
電気的絶縁領域１６ｅ″は、例えば合成樹脂またはゴムで形成することができる。電気的絶縁領域１６ｅ″は、振動棒１６ｅを構成するものであるから、振動により破損せず、振動モータの振動を効率よく伝達でき、十分な絶縁性を発揮する材料を選択するのが好ましい。この様な観点から硬質ゴムが最も好ましい。その一例としては、硬質ポリウレタンゴムを挙げることができる。なお、このような絶縁材料のみからなる部材では強度的に不十分である場合には、絶縁性を損なわない範囲で、絶縁部材のみからなる部材の周囲などを例えば金属などで補強して、所要の機械的強度を得ることができる。
絶縁領域１６ｅ″は、具体的には、例えば、図示される様な硬質ゴム製の円柱状絶縁部材（多角形状等形状は任意）よりなり、その中央の上部分及び下部分に、振動棒上部分１６ｅ′及び振動棒下部分１６ｅ″′をそれぞれ嵌合させるための嵌合用穴１２４、１２５が設けられている。これらの嵌合用穴は上下には貫通しておらず、そのため、これら嵌合用穴の間の非貫通部分は絶縁部として機能する。
上下の嵌合用穴を貫通させた場合には、振動棒上部分１６ｅ′と振動棒下部分１６ｅ″′とが接触しないように、上記非貫通部分に対応する箇所に絶縁材料を充填するか、絶縁に十分な程度の空間を設ける。円柱状絶縁部材の嵌合用穴１２４、１２５は、振動棒上部分１６ｅ′と振動棒下部分１６ｅ″′との接合のために機能する。接合は、ネジ止め（たとえば、図示されている様に、振動棒上部分１６ｅ′の下端部と振動棒下部分１６ｅ″′の上端部とに雄ネジを切り、嵌合用穴１２４、１２５に雌ネジを切って、両者を結合させ、必要に応じて更にその上にワッシャーリングを当て、ビス止めする）でもよいし、接着剤による接合でもよい。いずれにしても、これらの部分の構造は、目的とするガスを充分生成できれば、その他のいかなる構造であってもよい。
たとえば、振動棒の直径が１３ｍｍの場合には、絶縁領域１６ｅ″は、長さ（高さ）Ｌが例えば１００ｍｍであり、外径ｒ２が例えば４０ｍｍであり、嵌合用穴１２４、１２５の内径ｒ１が１３ｍｍである。
図３０及び図２７〜図２８に示されている様に、振動棒下部分１６ｅの上部には、絶縁領域１６ｅ″の直下にて通電線１２７が接続されている。通電線１２７は電源３４に接続されている。ここで、図２７に示されているように、一方の絶縁式振動撹拌手段１６（陽極部材２ｘに近接する方）の通電線１２７は電源の正極に接続されており、他方の絶縁式振動撹拌手段１６（陰極部材２ｙに近接する方）の通電線１２７は電源の負極に接続されている。陽極部材２ｘ及び陰極部材２ｙは、それぞれ図２９に示される陽極主ブスバー２０１及び陰極主ブスバー２０２を介して電源３４に接続されている。
振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆは導電性部材例えば金属からなる。これにより、一方の絶縁式振動撹拌手段の振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆをも陽極部材として利用し、他方の絶縁式振動撹拌手段の振動棒下部分１６ｅ、固定部材１６ｊ及び振動羽根１６ｆをも陰極部材として利用して通電し、電気分解を行うことが出来る。更には、陽極部材及び陰極部材のうちの少なくとも一方を除去して、電気分解を行うことも可能である。
振動羽根１６ｆを陽極部材または陰極部材として利用する際には、特にこれらとは別の陽極部材または陰極部材を使用しない場合のように電極面積が不足する時には、出来るだけ振動羽根の面積を増加させるのが好ましい。そのためには、振動羽根の長さは、図１４に示す第２回目のピークを示す長さＬ２または第３回目のピークを示す長さＬ３を選択することができる。また、振動撹拌を行なう振動羽根と電流を流す電極用補助羽根とを同一の軸につけることもできる（後述の図３３、４０、４３など参照）。
本具体例では、振動羽根を陽極部材または陰極部材として使用することで、水素系−酸素系混合ガス発生装置が小型化される。更に、本具体例では、絶縁式振動撹拌手段により電解液１４を振動撹拌しながら電気分解を行なうので、非絶縁式の振動撹拌手段を用いた場合と同様に、陽極部材と陰極部材との間の距離を例えば２０〜４００ｍｍとしてもショートすることなく電解処理を行なうことができる。
本具体例においては、振動棒上部分１６ｅ′は絶縁領域１６ｅ″により振動棒下部分１６ｅ″′とは電気的に絶縁されているので、振動棒下部分１６ｅ″′を介する通電の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことはない。更に、本具体例では、絶縁領域１６ｅ″が熱絶縁性をも有するので、振動棒上部分１６ｅ′は振動棒下部分１６ｅ″′とは熱的にも絶縁され、電解液１４の温度の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことは少ない。
また、本具体例において、絶縁式振動撹拌手段の振動羽根を陽極部材又は陰極部材として用いずに電気分解を行なう場合においても、絶縁領域１６ｅ″が存在するので、電解液１４内の通電の影響が振動モータ１６ｄへと及ぶことがないという利点がある。
図３３は、絶縁式振動撹拌手段の他の具体例を示す側面図である。この具体例は、振動棒下部分１６ｅに、振動羽根１６ｆの他にこれと交互に配置された電極用補助羽根１６ｆ′を取り付けたことが、図２７〜図２９の例と異なる。電極用補助羽根１６ｆ′は、導電性を有しており、振動棒下部分１６ｅと電気的に接続されていて、電解液１４に対する通電の際の一方の電極として機能し、従って振動撹拌の機能は必須ではない。電極用補助羽根１６ｆ′を使用する目的は電極面積の増加と当該電極と反対側の電極との間隔の低減とにあるので、電極用補助羽根１６ｆ′の大きさ（面積）は振動羽根１６ｆより大きいほうが好ましく、また図示されている様に、補助羽根１６ｆ′の先端縁（右端縁）は振動羽根１６ｆの先端縁（右端縁）より更に右方へと突出しているのが好ましい。
電極用補助羽根１６ｆ′は、振動羽根と振動羽根との中間に位置する様に振動棒に取り付けるのが好ましいが、必ずしもこれに限定されることはなく、振動撹拌の効果を著しく低減させない限りは、上下一方の振動羽根に近接して配置することも可能である。振動棒下部分１６ｅへの電極用補助羽根１６ｆ′の取り付けは、振動羽根１６ｆの取り付けと同様にして行なうことができる。
電極用補助羽根１６ｆ′の材質としては、電極として使用され得るものであればよいが、振動棒の振動に従って振動するものであるから、振動に耐え得ることが要求され、例えば振動羽根として使用可能な導電体例えば金属例えばチタン（表面に白金めっきを施すことができる）またはステンレス（表面に白金めっきを施すことができる）を使用することができる。尚、電極用補助羽根１６ｆ′を使用する場合には、振動羽根１６ｆは必ずしも導電性材料からなる必要はなく、合成樹脂製のものを使用することも可能である。振動羽根１６ｆの角度を一定にするため、振動羽根固定部材１６ｊに角度をつけて振動棒１６ｅと一体的に組み立てることもできる。
図３４及び図３５は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例を示す断面図である。本具体例では、２つの振動棒にわたって各振動羽根が取り付けられている。
図３６は振動羽根１６ｆの近傍を示す断面図である。振動羽根１６ｆは固定部材１６ｊからはみ出した部分が振動流動の発生に寄与するのであり、このはみ出した部分は幅Ｄ１で長さＤ２である。本具体例では、複数の振動棒にわたって各振動羽根が取り付けられているので、各振動羽根の面積を十分大きくとることができる。かくして、大きな振動流動を得ることができ、また電極として使用される面積を大きくすることが可能である。
本具体例においては、図示はしないが、図２７〜図２９に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本具体例においても、図３３の具体例と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。
図３８は絶縁式振動撹拌手段の１つの具体例を示す断面図である。本具体例の絶縁式振動撹拌手段１６においては、振動モータ１６ｄは、電解槽１０Ａ外に配置されていて、振動部材１６ｃが電解槽１０Ａの方へと延びている。本具体例においても、図示はしないが、図２７〜図２９に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本具体例においても、図３３の具体例と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。また、図では絶縁式振動撹拌手段が電解槽の片側にのみ配置されているが、もう一方の側にも同様な絶縁式振動撹拌手段を配置することが可能である。
図３９は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例を示す断面図である。本具体例では、図３８の具体例と同様な振動モータ１６ｄ、振動部材１６ｃ、振動棒１６ｅ及び絶縁領域１６ｅ″の組が、電解槽１０Ａの両側に配置されている。そして、振動棒１６ｅは、コの字形状をなしており、その２つの垂直部分が２つの絶縁領域１６ｅ″にそれぞれ対応して配置されている。これら２つの垂直部分の上端がそれぞれ絶縁領域１６ｅ″を介して２つの振動棒１６ｅにそれぞれ接続されている。振動羽根１６ｆは、振動棒１６ｅの水平部分にほぼ垂直に取り付けられている。図では振動羽根１６ｆは上方に突出しているが、下方に突出していてもよい。また、振動羽根１６ｆは垂直方向に対して傾斜をもって配置されてもよいことは上記と同様である。
図示されている絶縁式振動撹拌手段の上方突出の振動羽根を陽極部材として使用し、他の絶縁式振動撹拌手段の下方突出の振動羽根を陰極部材として使用して、電解処理を行うことが出来る。この場合、後述の図４３に関し説明するように、双方の絶縁式振動撹拌手段の振動羽根同士を互いに入り組んだ形態とすることが可能である。
本具体例のように、振動棒は必ずしも上下方向を向いて配置される必要はなく、電解槽の形状などに応じて適宜の形状及び配置のものを使用することが出来る。
本具体例においても、図示はしないが、図２７〜図２９に関し説明した様な電気分解手段の電源３４が使用される。本具体例においても、図３３の具体例と同様に、電極用補助羽根を使用することができる。
図４０〜図４２は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例を示す図である。ここで、図４０〜図４１は断面図であり、図４２は平面図である。本具体例は、図２７〜図２９の具体例において電極用補助羽根１６ｆ′を追加使用したものに相当する。
図４３〜図４４は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例を示す図である。ここで、図４３は部分断面図であり、図４４は断面図である。
本具体例では、２つの絶縁式振動撹拌手段が電解槽１０Ａ内に配置されており、一方の絶縁式振動撹拌手段の隣接する電極用補助羽根１６ｆ′どうしの間に他方の絶縁式振動撹拌手段の電極用補助羽根１６ｆ′が位置している。これにより、２つの絶縁式振動撹拌手段の一方を陽極側として使用し且つ他方を陰極側として使用することで、大面積の陽極部材と陰極部材とを互いに近接して配置することができ、電流密度を著しく向上させることができる。このような非接触で互いに入り組んだ形態での陽極部材と陰極部材との配置は、２つの絶縁式振動撹拌手段の振動羽根同士でも同様にして行うことが出来る。
本具体例においては、互いに上下方向に近接して配置される陽極部材（振動羽根または電極用補助羽根）と陰極部材（振動羽根または電極用補助羽根）との距離を例えば５〜５０ｍｍとすることができる。本具体例においては、２つの絶縁式振動撹拌手段の電極用補助羽根１６ｆ′どうしが接触してショートするのを防止するために、図３７に示す様に、電極用補助羽根１６ｆ′の両面の外周部等を絶縁テープ１６ｆａなどの貼付や絶縁塗料の塗布などにより絶縁部とすることが好ましい。電極部材として使用する振動羽根１６ｆ同士を同様にして互い違いに配置することも可能であり、その場合にも同様な絶縁部を形成することが出来る。或いは、同様な絶縁効果を得るために、同等の形状を有するプラスチック製絶縁板を配置してもよい。
図４５〜図４７は、絶縁式振動撹拌手段の１例を示す模式図である。これらの例では、共通の振動部材１６ｃに複数の振動棒が接続されている。各振動棒下部分１６ｅに接続される通電線１２７は、それぞれ電源の図示される極に接続されるが、これに限定されることはなく、適宜変更してもよい。
以上の具体例においては、絶縁式振動撹拌部材の一部（例えば、振動羽根、電極用補助羽根）を陽極部材または陰極部材として使用することで、絶縁式振動撹拌部材以外の陽極部材または陰極部材がなくとも、その高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。
図４８は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例の構成を示す部分断面図であり、図４９はその部分側面図である。本具体例では、２つの振動棒１６ｅを機械的に接続する様に取り付けられている振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを２つの群に区分し、第１の群を一方の振動棒１６ｅと電気的に接続させ、第２の群を他方の振動棒１６ｅと電気的に接続させ、これら２つの群の間で電圧を印加することで、電解液１４に通電し電解処理を行なう様にしている。
即ち、図４８において、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊは、右側の振動棒１６ｅとは電気的に接続されているが、左側の振動棒１６ｅとは絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔを介して取り付けられることで電気的に絶縁されている。一方、上側から偶数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊは、左側の振動棒１６ｅとは電気的に接続されているが、右側の振動棒１６ｅとは絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔを介して取り付けられることで電気的に絶縁されている。かくして、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを第１の群とし、上側から偶数番目の振動羽根１６ｆ及び固定部材１６ｊを第２の群とし、左側の振動棒１６ｅに接続されている通電線１２７と右側の振動棒１６ｅに接続されている通電線１２７との間に不図示の処理用電源により所要の電圧を印加することで、第１の群（陽極部材）と第２の群（陰極部材）との間で電解液１４に通電することができる。尚、図４９では絶縁ブッシュ１６ｓ及び絶縁座金１６ｔの図示が省略されている。
本具体例においては、絶縁領域１６ｅ″は振動棒１６ｅと振動発生手段を構成する振動部材１６ｃとの間に設けられている。即ち、ここでは、絶縁領域１６ｅ″が、上記具体例における振動部材１６ｃへの振動棒１６ｅの取り付け部１１１の機能を兼ねている。
本具体例においては、陽極側となる振動羽根１６ｆとしてはチタンの表面に白金めっきを施したものが好ましく用いられ、陰極側となる振動羽根１６ｆとしてはチタンが好ましく用いられる。
本具体例によれば、絶縁式振動撹拌手段に対する給電のみで電解処理が可能となるので、装置をコンパクトなものとすることができる。また、振動羽根１６ｆを陽極部材及び陰極部材のそれぞれとして兼用しているので、この点からも装置のコンパクト化がなされている。
図５０は絶縁式振動撹拌手段の他の具体例の構成を示す部分側面図である。本具体例では、図４８及び図４９の具体例における上側から偶数番目の振動羽根１６ｆに代えて陽極部材（電極用補助羽根）１６ｆ″を使用している。この陽極部材１６ｆ″は、振動撹拌には寄与せず、図の右側にのみ延びている。陽極部材１６ｆ″としては、例えばチタン製ラス網（表面に白金めっきを施したもの）が好ましく用いられる。一方、上側から奇数番目の振動羽根１６ｆに対してスペーサ１６ｕを介して陰極部材（電極用補助羽根）１６ｆ″′を追加している。この陰極部材１６ｆ″′も、振動撹拌には寄与せず、図の右側にのみ延びている。陰極部材１６ｆ″′としては、例えばチタン板が好ましく用いられる。尚、陰極部材の場合と同様に、陽極部材とともに振動羽根を取り付けてもよい。本具体例では、振動羽根１６ｆとは別に電極部材としての陽極部材１６ｆ″及び陰極部材１６ｆ″′を使用しているので、電極材料の選択の自由度が増加する。図５０のように陽極部材や陰極部材は振動羽根とは反対方向に延びているので、振動羽根と接触する心配がなく、そのため陽極部材と陰極部材との間隔及び振動羽根と陽極部材または陰極部材との間隔を一層小さくすることができる。
図５１は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す断面図である。本具体例は、図４８〜図４９の絶縁式振動撹拌手段を２つ使用したものである。
以上の具体例においては、絶縁式振動撹拌部材に陽極部材及び陰極部材の双方を取り付けて、これらの間で電解液１４を介して通電することで電解処理を行うので、装置の小型化が可能であり、更にその高いガス発生効率に基づき、装置あたりの高いガス発生量を得ることが出来る。
図５２〜図５３は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例の構成を示す断面図である。本具体例では、振動撹拌手段として非絶縁式のものが用いられており、陽極部材及び陰極部材からなる電極対として、図４８〜図４９の絶縁式振動撹拌手段と類似の構成体を使用したものである。即ち、上下方向に互いに平行に配列された２本の導電性棒状体１１６ｅに、陽極部材１１６ｆ″及び陰極部材１１６ｆ″′を図４８〜図４９の絶縁式振動撹拌手段の第１群の振動羽根及び第２群の振動羽根の場合と同様にして取り付け、各導電性棒状体１１６ｅを電源の正極及び負極の所要のものに接続している。
図５４及び図５５は水素系−酸素系混合ガス発生手段の一具体例を示す断面図である。本具体例では、絶縁式振動撹拌手段１６の振動羽根１６ｆを陰極部材として使用し、陽極部材８６として、図５６に示される円柱状チタン網ケース内に複数の金属製ボールを充填したものを使用し、網ケースを水平方向に保持したものを用いている。陽極部材８６の保持手段８２は例えば陽極ブスバーである。
陽極部材としては、例えばチタン製ラス網（表面に白金めっきを施したものが好ましい）からなるものを使用することも出来る。図５７にラス網陽極部材８４の正面図を示す。上部に吊下げ用の孔が２つ設けられており、中央部から下部にかけて網状部とされており、この網状部が電解液中に浸漬される。
図５８Ａ〜図５８Ｅは、振動発生手段と振動撹拌部材との接続形態の例を示す模式図である。図５８Ａの例では、振動発生手段の振動部材１６ｃに直接振動撹拌部材の振動棒１６ｅが接続されている。これに対して、図５８Ｂ〜図５８Ｅの例では、振動部材１６ｃに中間部材１６ｃｃが取り付けられており、該中間部材１６ｃｃに振動棒１６ｅが接続されている。
電解槽内で発生した水素系ガス及び酸素系ガスを均一に混合した水素系−酸素系混合ガスの形態で又は水素系ガス及び酸素系ガスを別々に捕集するための捕集手段は、上記図１〜３の具体例に関して説明したように、電解槽の上方を覆う蓋部材とその蓋部材に設けられたガス取出口とそれに連結されたガス採取管を含むものである。本発明の振動撹拌手段の具体例などを説明する図面においては、発生するガスを効率よく捕集するための前記蓋部材等は省略して画かれているが、実際にはガス発生手段の電解槽には必ず蓋部材が付される。
図６１に、蓋部材１０Ｂの変形例を示す。この例では、蓋部材１０Ｂは、図１に示されている電極群２ｘ、２ｙの上方の部分のみにおいて、電解槽１０Ａに付設される。そして、該蓋部材１０Ｂの両端部には、下方へと延びた囲み部材６３が付設されている。この囲み部材６３には、その下部の電解液中に浸漬される部分に該電解液の流通を可能となすための開口６５が形成されている。囲み部材６３には、該開口６５の上部領域の一部を遮蔽する遮蔽板６４を上下位置調節可能に取り付けることができる。この上下位置調節のために、遮蔽板６４に上下方向の長孔６６を形成し、該長孔を介して、囲み部材６３に形成されたネジ穴６８にボルト６７を適合させるようにすることができる。
この蓋部材を使用する場合には、振動撹拌手段の振動棒１６ｅは蓋部材を貫通しないが、上記の様な密閉シール構造とすることが、水素系−酸素系混合ガスの回収効率向上や電解液の飛散防止等の観点から、好ましい。
発生した水素系−酸素系混合ガスを蓋部材と囲み部材とにより密閉すると、その部分のガス圧が上る。ガス圧はある程度ある方が、その後のガスの取り扱い上便利である。遮蔽板６４の上下位置を調節することで、電極群２ｘ、２ｙの上方の部分の液位を調節することができ、ひいてはガス圧が調節される。
しかし、ガス圧を調節する手段が併設できれば一層好都合である。ガス圧調節手段の１例としては図５９に示すようなシステムがある。シールポットは例えば水８０％、メタノール（着色料）２０％よりなる液体を入れたものである。また、図６０に示すように燃料電池の水素系−酸素系混合ガス供給口とガス発生手段あるいはガス溜めとの間に炎止めタンク、フレームアスレターを設け、炎の逆流を防止することが好ましい。なお、燃料電池へ直結する場合はシールポットは必ずしも必要ではない。本発明の水素系ガスや水素系−酸素系混合ガスは、安全のため及びガスが肉眼で見えるようにするため、シールポットでガスを処理しているが、もし別の手段で安全性が確保できるのであれば、ガスを処理することなく、生ガスの状態で電池に供給した方が、処理液中で水素の１部が失われることがないから有利である。
電解槽内に設けられる陽極部材と陰極部材は、通常いずれも電極板であることが好ましい。この場合、振動撹拌手段を用いない従来技術においては電極の間隔を最短でも５０ｍｍ程度の間隔を必要としていた。この程度以上の間隔を設けないと、過電流となり事故が発生するおそれがあったからである。ところが、本発明では振動撹拌手段を用いることにより電極間距離を１〜２０ｍｍといった程度まで接近させることができ、これにより電流効率を大幅に向上させることができた。なお、これ以上接近させると過電流となりショートを生じる。本発明では実用的には電極間距離を５〜４００ｍｍとすることが好ましい。なお、詳細は同一人の出願にかかるＷＯ０３／０００３９５Ａ１に詳述されている。
本発明においては、絶縁式振動撹拌手段を用いて、振動羽根や電極用補助羽根を電極として機能させる場合がある。その例は、図３３、３８〜５１、５４、５５に示すとおりである。本発明においては、例えば図４０に示すように、電極対（２ｘ、２ｙ）に加えて絶縁式振動撹拌手段の振動羽根（１６ｆ）と電極用補助羽根（１６ｆ′）をも電極として用いるケースや、例えば図４３や図４７にみられるように絶縁式振動撹拌手段の振動羽根や電極用補助羽根のみを電極とするケースとがある。これらの場合の振動羽根および／または電極用補助羽根の形をとっている電極と電極との間の距離は通常３〜５０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍとすることができる。
本発明においては、水素系−酸素系混合ガスを製造するための前記電解液として５〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％の電解質を含む水溶液で液温２０〜１００℃、好ましくは２０〜９０℃でｐＨ７〜１０のものを用いて、電流密度５〜１００Ａ／ｄｍ２、好ましくは５〜５０Ａ／ｄｍ２となるように前記電解液の電気分解を行うことにより水素系−酸素系混合ガスを発生させることができる。
前記電解質としては、水溶性のアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属酸化物、第４級アルキルアンモニウム、あるいは硫酸、リン酸などの無機酸、有機酸などを挙げることができる。
本発明で電解液に使用する水は、蒸留水が好ましいが、井戸水、工業用水、水道水、河川水、池の水なども使用できる。
本発明の振動撹拌手段の基本的態様は、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係して前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒及び該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とからなる振動撹拌手段である。
また、本発明の振動撹拌手段の他の基本的態様は、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連係した前記電解槽内で振動する少なくとも１つの振動棒、該振動棒に取り付けられた少なくとも１つの振動羽根及び前記振動棒と前記振動発生手段との連結部に又は前記振動棒の振動羽根を取り付けた部分より前記連結部に近い部分に設けられた電気的絶縁領域からなる絶縁式振動撹拌部材とからなる絶縁式振動撹拌手段である。そして、本発明における撹拌手段としては絶縁式振動撹拌手段が好ましい。
絶縁式振動撹拌手段における絶縁式振動撹拌部材の振動棒には、振動羽根に加えて通電線と電気的に接続された電極用補助羽根を取り付けることができる。また電極用補助羽根は前記振動羽根と交互に位置するように振動棒に取り付けられていることが好ましい。さらに電極用補助羽根は振動羽根より大きな面積を持ち且つ振動羽根の先端部よりも更に突出していることが好ましい。
振動撹拌手段または絶縁式振動撹拌手段の発生手段は振動モータを含み、振動撹拌手段は振動モータを１０Ｈｚ〜５００Ｈｚ、好ましくは１０Ｈｚ〜２００Ｈｚ、とくに好ましくは２０Ｈｚ〜６０Ｈｚの振動数で振動させるよう制御するためのインバータと併用することが好ましい。
前記絶縁式振動撹拌手段における振動棒の電気的絶縁領域より振動羽根側の位置に通電線を接続することにより、振動羽根や振動補助羽根を電解のための電極、すなわち陽極部材または陰極部材として使用することができる。
この場合、例えば図５０に示すように、振動羽根は、液を振動撹拌させる機能と電極としての機能を兼務するが、電極用補助羽根は、液を振動撹拌する機能はほとんどあるいは全くもたず、もっぱら電極として機能する。
絶縁式振動撹拌手段は、例えば図５２における電極対と併用することもできるが、絶縁式振動撹拌手段をもって前記電極対の代役をさせることもできる。この場合、図４７に示すように、１つの絶縁式振動撹拌手段を陽極として利用し、他の１つの絶縁式撹拌手段を陰極として利用することもできる。また、一台の絶縁式振動撹拌手段であっても、例えば図４８に示すように、振動棒を二本有するタイプのものであれば、一方の振動棒側を陽極とし、他方の振動棒側を陰極として使用することもできる。
以上の様な本発明においては、振動撹拌手段の振動羽根により電解液中に強力な振動流動が生ぜしめられるので、電解液は電極と十分良好な均一性をもって且つ十分な供給量をもって接触せしめられる。このため、陽極と陰極との間の距離を従来より著しく小さくしても、それらの間に電気分解に必要なイオンを十分に供給することが可能になり、また電極に発生する電解熱を迅速に放熱することができる。従って、高い電流密度で電気分解を行なって、高い効率で水素系−酸素系混合ガスを製造することができる。また、以上のように陽極と陰極との間の距離を小さくすることで、単位容積あたりに配置される電極の有効表面積を十分に高めることができるので、小型化しても十分な量の水素系−酸素系混合ガスを製造させることができる。
特に、以上の様な振動撹拌手段による電解液の振動撹拌を併用して電気分解を行う場合には、電極で発生する原子状水素や原子状酸素が電極間で気泡を形成せず、液中に分散するので、電解液中にて生成せしめられた水素や酸素が電極表面に気泡として付着し電気抵抗を増加させるようなことがない。このため、上記の様に容易に高い電流密度での電気分解の実現が可能となり、水素系−酸素系混合ガスを従来法より多量に発生させることができる。
本発明の水素系−酸素系混合ガス発生手段で発生せしめられる水素系−酸素系混合ガスは、所謂ブラウンガスとして知られているものとは異なり、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むものであり、特に、
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含んでなるものである。
この水素−酸素混合ガスは、以下の点で、所謂ブラウンガスとして知られているものとは異なる。即ち、振動撹拌手段を併用すると、陽極部材と陰極部材との間隔を小さくしても電解が良好に行なわれ、特に陽極部材及び陰極部材に対して高い均一性と高い流速とをもって電解液が接触するので、電気分解に必要なイオン供給が十分となり、電解液中での水素−酸素ガスの泡立ちがなく、電気抵抗が大きくなることはない。かくして、本発明により得られる水素系−酸素系混合ガスはＨ２やＯ２になる以前の発生期の水素や酸素等に近い状態の活性成分（活性水素、活性酸素）の含有率が高い。
すなわち、振動撹拌手段を利用して得られた水素系−酸素系混合ガスを燃焼させてスペクトル分析器によりスペクトルを測定したところ、図７１に示すように６２０ｎｍ近傍に活性成分であるＯＨ基の存在を示すピークが認められ、また６３０ｎｍ近傍には活性成分である原子状水素Ｈαの存在を示すピークが認められた。従来の電気分解で得られるこの種のガス中には活性なＯＨや原子状水素の存在は全く確認できないのに対し、本発明の水素系−酸素系混合ガスあるいは水素系ガス中には驚くべきことにＯＨと原子状水素とが存在することが、火炎の輝度スペクトルを測定する（火口から１５ｍｍの個所で測定した場合も２０ｍｍの個所で測定した場合も、同一波長のところでピークがみられた）ことにより確認されたのである。
しかも、このＯＨと原子状水素の存在確認の結果は、本発明の振動撹拌手段を用いた電気分解で水素系−酸素系混合ガスが発生した直後に測定した場合と水素系−酸素系混合ガスをガス溜めに１２時間程度溜めた後に測定した場合とでほぼ同様であった。したがって、製造により得られたガス中にＯＨや原子状水素がある瞬間のみ存在していたというわけではないのである。そして、これが水素系−酸素系混合ガスの燃焼にさいし、高温を発生する要因であると考えられる。
従来のブラウンガスにはこのようなピークの存在は認められない。そして、理由は未だ充分解明されていないが、このような相違点に起因して、本発明の振動撹拌手段を利用して得られた水素系−酸素系混合ガスまたは水素ガスを燃料電池の燃料として用いると、今までの燃料電池では得られなかった高度の発電効率を示すものと考えられる。
本発明者らは、振動撹拌手段を利用した水の電気分解により得られたガス（本明細書では、このガスを水素系−酸素系混合ガスと称している）を電子科学株式会社製質量分析計（二重収束質量分析計）［商品名ＥＭＤ−Ｏ５ＳＫ］を用い、下記の条件により分析した。
イオン加速電圧：１２００Ｖ
イオン化方式：電圧衝撃型
分解能：５００
イオン飛行距離：２６ｃｍ
真空度：５×１０−７Ｔｏｒｒ
フルスケール：５Ｖ
この分析に供した水素系−酸素系混合ガスは、振動撹拌手段を設けた電解槽から発生したガスを図７２のガス溜めに貯蔵し、１つは図７２のシールポットを通して得られた処理ガスであり、他の１つは、前記シールポットを通さないで得られた生ガスである。前記シールポットはガスを着色して取扱い上便利にしたものであり、シールポット内にはメタノール３０％と水７０％よりなるアルコール水溶液が充填されており、シールポットに生ガスを供給すると、生ガスは前記メタノール水溶液中を泡状になって通過したものである。そのため得られた処理ガスの成分は微妙に生ガスのデータと異なっている。
質量分析で得られたデータ（チャート）の一部を図６３（生ガス）及び図６４（処理ガス）に示す。処理ガスでは、生ガスの構成成分の他に、メタノールに起因すると思われる質量の高い成分が含まれている。いずれにしても、これらのチャートから、本発明のガスは、従来のガスに比べて、Ｈ、Ｈ３及び／またはＨＤ、ＯＨ及び１６Ｏをも含有している点に大きな特徴があることが分かる。
但し、図６３及び図６４での高さは全て同一の条件で測定して表示したものではなく、図示されるＧＡＩＮが（１）の質量については実際の高さの１００倍の高さを示し、図示されるＧＡＩＮが（２）の質量については実際の高さの１０倍の高さを示し、図示されるＧＡＩＮが（３）の質量については実際の高さを示している。即ち、ＧＡＩＮ（２）及びＧＡＩＮ（３）の質量については該当するガス成分量が少なすぎるので、増幅して測定したものである。
これらの図から求めたガス組成を以下の表１に示す。
（Ａ），（ａ）：ゴム性容器に採取；測定時真空度８×１０−７Ｔｏｒｒ；ガス採取後０．５時間目に測定
（Ｂ），（ｂ）：ゴム性容器に採取；測定時真空度８×１０−７Ｔｏｒｒ；ガス採取後２４時間目に測定
（Ｃ），（ｃ）：ガスバリヤー用容器に採取；測定時真空度５×１０−７Ｔｏｒｒ；ガス採取後１時間目に測定。
図６２に、本発明による発電方法の実施される燃料電池の模式的構成を示す。従来の燃料電池と同様な燃料極及び空気極が、中空層または電解質層を介在させて配置されている。燃料極側の第１ガス室にはガス供給口から第１のガスが供給され、空気極側の第２ガス室にはガス供給口から第２のガスが供給される。
中空層または電解質層としては、従来の燃料電池で用いられている電解質層と同様なものを使用することができる。例えば、電解質層を構成する電解質としては、アルカリ水溶液型燃料電池における電解質である水酸化カリウム、酸水溶液型燃料電池における電解質であるりん酸、溶融炭酸塩型燃料電池における電解質である炭酸リチウムまたは炭酸カリウム、固体酸化物燃料電池における電解質である安定化ジルコニア、固体高分子型燃料電池における電解質であるイオン交換膜（カチオン交換膜）を使用することができる。
中空層または電解質層としては、その他に、例えば空気のみの空隙層、或いはそこに金属メッシュ、ガラスメッシュ、カーボンメッシュ、濾紙、精密濾過膜、限外濾過膜、ＮＦ膜、逆浸透膜、ガス分離膜、高分子ゲル、無機ゲル、高分子フィルム、黒鉛シート等を充填した多孔質の中空層（即ち繊維層やガス透過性セラミック層のようにガスが流通できる機能を有する層）を使用することができる。
燃料極及び空気極のガス室に面する側の表面は、ガスとの接触面積を大きくするために多数の溝を並列させてなる凹凸状表面としておくのが好ましい。
第１のガスとしては、本発明の上記水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを用いることができる。また、第２のガスとしては、空気、酸素ガス、上記の酸素系ガス、または本発明の上記水素系−酸素系混合ガスが挙げられる。
従来の水素ガスを燃料とした燃料電池においては、燃料極でプロトンを形成し且つこれを空気極で酸素と反応させて発電を行うためには、電解質層は不可欠であった。本発明では、第１のガスとして上記水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスを使用することで、電解質層の代わりに中空層を用いることができる。但し、この場合、燃料極はガス透過性のものとする。中空層は、燃料極と空気極との間がショートしないようにするためにのみ必要である。尚、本発明では、第１のガス及び第２のガスの双方として上記水素系−酸素系混合ガスを使用することもでき、この場合、空気極もガス透過性のものとする。これらの本発明による燃料電池は、電解質層が不要である点が大きな特徴であり、セルの構造が簡素化され、電解質層のメンテナンスが不要になるという大きな利点がある。なお、その他の点は、従来の燃料電池の構成及び材料等を転用することができる。
燃料電池の燃料極側に設けられたガス供給口から、水素系−酸素系混合ガスを供給すると、水素は燃料極に電子を与えながら、ガス透過性である燃料極を通り抜けて電解質層または中空層にはいり込む。ガス透過性にするためには燃料極を例えばポーラスな構造とする。
なお、本発明においては、電解質層がなくともよいため、この部分を中空の状態（多孔性プラスチック層や多孔性セラミック層としてもよい）となし上記中空層とすることができる。この部分は燃料極と空気極とを隔離できればそれで充分な部分である。通常、中空層の厚みは１μｍ程度から１０ｃｍ程度までの範囲である。
例えば、電解質として固体高分子電解質を用いるとすると、カチオン交換膜を電解質とした場合には、次のような電池反応が起こる。
空気極（陽極）：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ （１）
燃料極（陰極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− （２）
全反応：１／２Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ （３）
また、アニオン交換膜を電解質とした場合には、次のような電池反応が起こる。
空気極（陽極）：１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ− （４）
燃料極（陰極）：Ｈ２＋２ＯＨ−→２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− （５）
全反応：１／２Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ （６）
固体高分子電解質をガス透過性とするためには、電解質となる固体高分子を繊維状とし、これを織布や不織布の形体とすることなどにより達成できる。なお、本発明においては、電解質層は中空層でもよいのであるから、この場合には、繊維状物質は固体高分子電解質でない単なる繊維状物質を用い、これを含む層を中空層としてもよい。
したがって、反応生成物である水は電解質層または中空層の所定の個所から排出する必要があり、また未反応ガスがある場合を考えると、ガスの流れをスムースにするため、電解質層または中空層にガス排出口も設けることが好ましい。なお、未反応ガスと反応生成物の水とを同時に１つの排出口から系外へ出すこともできる。
燃料電池は、それに用いる電解質の種類によりいろいろのタイプに分類される。例えば、アルカリ型燃料電池、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、燃料溶解型燃料電池、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ／ＰＥＭ）、溶融炭酸塩型燃料電池などがあり、本発明は、いずれのタイプの燃料電池にも使用できるが、リン酸型燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池、固体酸化物型燃料電池あるいはメタノール直接型燃料電池（当然本発明では燃料としてメタノールを用いるのではなく、本発明の水素系−酸素系混合ガスを用いる）に適用するのが好ましく、とりわけ固体高分子電解質型燃料電池や固体酸化物型燃料電池に適用するのがもっとも好ましい。
本発明においては、電解質層に代えて中空層を用いてもよいのであり、中空層の方がコスト的にもっとも有利であることは勿論である。
固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質を使用するのであるが、この固体高分子電解質としては各種の高分子イオン交換膜を挙げることができ、その例としては、平成５年３月１５日株式会社オーム社発行、「燃料電池発電システム」第１００〜１０３頁とくに第１０１頁表−１記載の「フェノールスルフォン酸樹脂」、「ポリスチレンスルフォン酸」、「ポリトリフルオロスチレンスルフォン酸」、「（ポリ）パーフルオロカーボンスルフォン酸」などが挙げられる。とくに「（ポリ）パーフルオロカーボンスルフォン酸」としては、下記式
で示される構造のものが用いられている（ｘは重合度によって変化する）。尚、ｍ≧１、ｎ＝２のものは商品名Ｎａｆｉｏｎとして、ｍ＝０、ｎ＝２のものは商品名ＤＯＷ膜として、それぞれ市販されており、これらの物性は、２００１年１１月３０日コロナ社発行「燃料電池発電」第１１６〜１２８頁、とくに第１２０頁表６，１に記載されている。
また、この種の固体高分子電解質型燃料電池の構造は、昭和６２年９月３０日（株）サイエンスフォーラム発行「燃料電池設計技術」第１０２頁の図−２、図−３および「燃料電池発電」第１１８頁、第１２２頁および２００１年６月２９日 日経ＢＰ社発行「日経メカニカル別冊」第４６〜４７頁に記載されている。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【実施例１】
本実施例では図６５〜図６７の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段
日本テクノ（株）商品名超振動α−撹拌機α−１型（電解液中を流れている
電流が振動モータにまで流れることがないように配慮され
ている絶縁式振動攪拌機）
振動モータ：７５Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機製作所製低周波振動モータ
商品名ユーラスバイブレーター
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの４枚
固定部材：ＳＵＳ３０４製
弾性部材シート：商品名テフロン（登録商標）シート
（ロ）固定電極
プラス極：チタン板に白金めっき被覆したもの２７枚
マイナス極：チタン板２４枚
（ハ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｅ１１Ｓ
４５Ｈｚに調整して使用
（ニ）整流器（振動モータ用）：中央製作所製Ｐｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ［登録商標］、２００Ｖ
（ホ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（内面に塩化ビニル樹脂被覆したもの）
内径２２０ｍｍ×３２０ｍｍ×４００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ヘ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ト）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図５９や図６０の安全装置を使用するが、本実施例では図５９と図６０の安全装置を併用したタイプの図７２のシステムを用いた。
（チ）電解液：蒸留水にＫＯＨ２０ｗｔ％を溶解したもの
５５℃、ｐＨ１０で電解を行い必要量の水を補充する。
本実施例では１００アンペアー、３Ｖで約１０００リットル
／分の水素系−酸素系混合ガスを製造できた。
（リ）燃料電池の構造と使用法：
本発明の水素系−酸素系混合ガスを用いて、市販の小型固体高分子型燃料電池を利用して発電を行った。この電池の各部品の構成は図６９に示すとおりであり、これを組立てた燃料電池の断面図を図７０に示す。図７０の左側の開口部（この市販装置はこの開口部より水素ガスを供給する）より水素系−酸素系混合ガスを供給し、右側の開口部（この市販装置ではこの開口部より酸素含有ガス、例えば空気を供給する）はシールした。
図６９の市販小型固体高分子型燃料電池の構成において、外周ゴムリング付プレートに膜／電極接合体すなわちＭＥＡ（２００１年８月２０日 株式会社日本実業出版社発行、池田宏之助編著「燃料電池のすべて」第１４６〜１４７頁参照）が単セルの機能部分であって、固体高分子電解質である商品名Ｎａｆｉｏｎをマイナス極とプラス極でサンドイッチしたものの外周をゴムリングで覆った構造のものである。本発明においては、水素系−酸素系混合ガスは図６９に示すとおり、図６９における図の上部に存在する中央の孔から供給されるが、図６９における図の下部にある孔（本来空気供給用の孔）はゴム栓によりシールした。
この電池を単セルとして、市販小型固体高分子型燃料電池の本来の使用方法で発電した場合（従来例）は、その出力は０．６〜０．７Ｖ、０．１５〜０．２Ｗであるが、実施例１の場合の出力は０．６Ｖ、０．５Ｗであり、出力が２．５倍となっている。
また、従来の使用方法で発電した場合は、長時間使用すると１００℃近くまで発熱するので、長時間の使用が困難であるが、この実施例の場合は余り発熱せず、長時間の使用が可能である。
図７０に示すように、これを単セルとして使用するときは接続端子１を燃料極とし、接続端子３を空気極として使用し、２セルとして使用するときは、接続端子３を燃料極とし、接続端子２を空気極として使用し、３セルとして使用するときは、接続端子１を燃料極とし、接続端子２を空気極として使用する。
なお、この電池における電解質層は、図６９の外周ゴムリング付プレートに相当しており、この層は水を含浸した多孔質高分子（通常、トリエチルホスフェートを可塑剤にしたポリパーフルオロカーボンスルフォン酸の多孔質膜；デュポン社商品名Ｎａｆｉｏｎ）であり、水素と酸素とが反応して生成する反応水はここから浸み出して外部に排出される。
また、前記電解質層をとりのぞき、その部分を中空層すなわち空気層とし、ガス透過性の極板を通して本発明の水素系−酸素系混合ガスを導入したところ、混合ガス中に含まれている水分（Ｈ２Ｏ）が電解質的な作用をしているのか、ともかく驚くべきことに電解質層がなくても電解質層がある場合と全く同様に発電が行なわれた。中空層を使用する場合、燃料電池の電極として、Ｎｉの他にＰｔ，Ｒｄを使用することも可能である。
実施例１で得られた水素系−酸素系混合ガスを前述の分析手法に従って分析した結果も前記表１の処理ガスのデータとほとんど同一であった。とくに、Ｈ、Ｈ３、ＨＤ、ＯＨを含有している点が特徴的であり、これらの存在が活性の高さ、高エネルギー発生の原因になっているものと推定される。また、水素と酸素の比が２：１ではなく、水素がリッチな点も特徴的である。
このような成分をもつ水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガスは、振動撹拌手段を採用した場合のみに認められることであり、これ以外の方法で得られた水素ガス、酸素ガス、水素系−酸素系混合ガスでは認められない。
前記含有成分は非常に不安定なものと考えられていたが、本発明の振動撹拌手段を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスまたは水素系ガス中のこれらの成分は密閉容器中で、あるいは圧力容器中で１ヶ月〜２ヶ月位存続することができる。
【実施例２】
実施例１のように電解槽で発生したガスを安全装置を通して直接燃料電池に送ることをせず、電解槽で発生した実施例１の水素系−酸素系混合ガスをガス溜めに貯蔵し、１日放置後、図５９のシールポットや図６０の炎止めタンクを通すことなく、直接実施例１の燃料電池の水素ガス供給口に前記水素系−酸素系混合ガス（生ガス）を供給したが、実施例１と同一の効果が得られた。また、この生ガスを前記と同様に分析した結果、前記生ガスの分析結果とほぼ同様のデータが得られた。とくにＨ、Ｈ３、ＨＤ、ＯＨをほぼ同程度含有している点においても共通していることが確認できた。
【実施例３】
本実施例では図５０の振動撹拌手段を用いた水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段（絶縁式振動撹拌手段）
日本テクノ（株）商品名超振動α−撹拌機（α−２型）
振動モータ：１５０Ｗ×２００Ｖ×３相
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの５枚
電極用補助羽根
極板マイナス側：ＳＵＳ３０４製３枚
極板プラス側 ：ＳＵＳ３０４製に白金めっき（１０μｍ厚）
したもの２枚
（ロ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｅ１１Ｓ
５５Ｈｚに調整して使用
（ハ）整流器：中央製作所製Ｈｉ−Ｍｉｎｉ、２００Ｖ
（ニ）電解槽：ＳＵＳ３０４製
内径２２０ｍｍ×３２０ｍｍ×４４０ｍｍ（Ｈ）
内面塩化ビニル樹脂被覆したもの
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ホ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ヘ）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図５９や図６０の安全装置を使用するが本実施例では図５９と図６０の安全装置を併用したタイプの図７２のシステムを用いた。
（ト）使用電解液：蒸留水にＫＯＨ２０ｗｔ％を溶解したもの
５０℃、ｐＨ１０で電解を行い必要量の水を補充する。液は
冷却しなくても温度上昇は認められなかった。
本実施例では１００アンペアー、３Ｖで約１０００リットル
／分の水素系−酸素系混合ガスを製造できた。
以上の手段により生成した水素系−酸素系混合ガスは、前述の分析手法で分析した結果、前記表１の処理ガスとほぼ同様の分析結果を示し、Ｈ、Ｈ３、ＨＤ、Ｈ２Ｏ、ＯＨをほぼ同程度含有している点においても共通していることが確認できた。この水素系−酸素系混合ガスを図７３に示す固体高分子電解質型燃料電池に供給した。ただし、この燃料電池においては燃料極外側に水素系−酸素系混合ガスを供給し、未反応のガス成分と反応生成物の水は空気極外側より排出した。燃料極も空気極もガス透過性の白金触媒担持電極であり、固体高分子電解質膜はデュポン社の商品名Ｎａｆｉｏｎ（ポリパーフルオロカーボンスルフォン酸）に水を含浸した通気性のものを用いた。
その結果、実施例１と同程度の発電効果が得られた。
また、図７３に示す固体高分子電解質型燃料電池から、高分子系電解質膜を取除き、その部分を中空層（空気層）とした以外は同様のテストを行なったところ、ほぼ同様の発電効果が得られた。
【実施例４】
実施例１において、燃料電池として図７４に示す燃料電池を用いた以外は実施例１を繰り返した。
固体電解質膜は、ガス透過性のイオン導電性薄膜（５００ｎｍ以下）で白金製のガス透過性マイナス極と白金製のプラス極に挟まれており、マイナス極はガス透過性になっている。
前記ガス透過性のイオン導電性薄膜としては、前記ポリパーフルオロカーボンスルフォン酸に相当する商品名Ｎａｆｉｏｎを用いた。また、前記ガス透過性マイナス極は、多孔性の薄い導電性カーボンペーパーに粉末状白金をまぶして固定したものを用いた。
この実施例では、市販水素ガスボンベを水素ガス燃料として用いた燃料電池に較べてほぼ同様の電力が得られるのは驚くべきことであり、これは、振動撹拌手段を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスの特性である。
また、図７４に示す燃料電池より高分子系電解質膜を中空層とした以外は実施例４を繰り返したが、ほぼ同様の発電効果が得られた。
【実施例５】
実施例１における振動モータを高周波振動モータ商品名ハイフレユーラスＫＨＥ２−２Ｔに変更し、インバータで１２０Ｈｚで振動させた以外は実施例１を繰り返した。実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例６】
本実施例では図３５の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。図４８は、振動羽根等の枚数が異なるが、振動棒への振動羽根等の取付け状態を示し、図５０はその側面図を示している。振動羽根と電極用補助羽根（陰極部材）の数は後述（イ）の項目に述べたとおりである。
（イ）振動撹拌手段
日本テクノ（株）商品名絶縁式超振動α−撹拌機α−２型
振動モータ：１５０Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機製作所製低周波振動モータ
商品名ユーラスバイブレーター
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの５枚
電極用補助羽根（電極部材）：
陰極部材：ＳＵＳ３０４ ３枚
陽極部材：ＳＵＳ３０４に１０μｍの白金めっきを
したもの ２枚
固定部材：ＳＵＳ３０４製
弾性部材シート：商品名テフロン（登録商標）シート
（ロ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｅ１１Ｓ−２
５５Ｈｚに調整して使用
（ハ）整流器（振動モーター用）：中央製作所製Ｐｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ、
２００Ｖ
（ニ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（内面に塩化ビニル樹脂被覆したもの）
内径２２０ｍｍ×３２０ｍｍ×４００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ホ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ヘ）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図５９や図６０の安全装置を使用するが、本実施例では図５９と図６０の安全装置を併用したタイプの図７２のシステムを用いた。
（ト）使用電解液：蒸留水にＫＯＨ２０ｗｔ％を溶解したもの（約５５℃以上に
昇温することはないため、電解液を冷却する必要はない。）
５５℃；ｐＨ１０で電解を行い、必要量の水を補充した。
（チ）水素系−酸素系混合ガスの組成；
前述の分析手法で分析した結果、前記実施例と同様、前記表１の処理ガスデータとほぼ同一の結果が得られた。
（リ）燃料電池の構造と使用法、
図７３に示す燃料電池の構造物（２００１年６月２９日、日経ＢＰ社発行、日経メカニカル別冊、「燃料電池開発最前線」図３−１−１および図３−１−２参照）を利用した。
図７３に示す高分子固体電解質膜は、前述の商品名Ｎａｆｉｏｎである。電極は、カーボンブラックの微粒子に白金系触媒を担持したものであって、白金系触媒を高分子電解質ポリマーに分散し、これをカーボンペーパー上にスクリーン印刷して得られたものである。この電極の間に前記Ｎａｆｉｏｎを挟み、熱圧着してＭＥＡ（膜／電極接合体）としたものを一単位のセルとし、これを２０枚積層したのが図７３の下段に示すスタックである。
図７３に示す燃料極（陰極）側より本発明の水素系−酸素系混合ガスを導入し、排出口から反応残渣を排出する。なお、本実施例においては空気極側の空気口はシールして使用した（図７３のものの本来の使用法は燃料極に水素を、空気極に空気をそれぞれ供給するため、燃料極側と空気極側にそれぞれ供給口があるが、本発明では燃料極側に水素系−酸素系混合ガスを供給するため、空気極側に空気すなわち酸素を供給する必要はない）。
本実施例の場合は、水冷をしなくても８０℃以下に保たれた状態で２日間連続発電が可能であったが、図７３本来の使用法によると、冷却をしないと電池は１００℃以上に発熱し、高分子膜が破壊した。また発電効率も本発明のものは、本来の使用法の場合に較べて３０〜４０％向上した。
【実施例７】
実施例６のように、補助羽根を振動羽根と反対側に設置することにより極間距離を短くしても相互の接触が発生しないという大きなメリットがある。
また、このようなタイプの補助羽根と振動羽根を用いることにより実施例１や２のような固定電極を設けるスペースがはぶけるので、実施例６の電解槽の両端に振動撹拌電極をセットすることができた。
このような水素系−酸素系混合ガス発生手段を用いて実施例６の燃料電池を用いて発電を行った。
なお、本実施例の水素系−酸素系混合ガスも前記表１に示す処理ガスと同様の組成と特徴点を有していた。
［比較例１］
実施例６の燃料電池に市販の水素ガスボンベより水素ガスを供給し、該燃料電池の空気口より空気を供給して、発電を行った。
実施例６および７と比較例１の発電状況は、下記表２のとおりである。
【実施例８】
実施例１において、燃料電池として図７４に示す燃料電池を用いた以外は実施例１を繰り返した。
図７４に示す構成の燃料電池は、「Ｎａｔｕｒｅ」ｖｏｌ．３４３，８ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９０，第５４７〜５４８頁に記載されているものである。
固体電解質膜は、ガス透過性のイオン導電性薄膜（５００ｎｍ以下）で白金製のガス透過性燃料極と白金製の空気極とに挟まれており、燃料極はガス透過性になっている。
前記ガス透過性のイオン導電性薄膜としては、Ａｌ２Ｏ３・２Ｈ２Ｏの組成をもつ低密度ベーマイト型（γ−ＡｌＯＯＨ）無機材料を用いた。また、前記ガス透過性燃料極は、多孔性の薄い導電性カーボンペーパーに粉末状白金をまぶして固定したものを用いた。
この実施例では、前記Ｎａｔｕｒｅ記載の燃料電池に較べてほぼ３〜３．５倍の電力が得られるのは驚くべきことであり、これは、振動撹拌手段を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスの特性である。
また、セラミック電解質層を中空層（空気層）におきかえて実験を行なったが、ほぼ同じ発電効率が得られた。
【実施例９】
２００１年６月２９日、日経ＢＰ社発行、日経メカニカル別冊、「燃料電池開発最前線」の「自動車、携帯機器、家庭電源が替る」第６８〜６９頁とくに図４４に示されているＭａｎｈａｔｔａｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｓ社の「Ｍｉｃｒｏ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ」を用いた。その構成を図７５に示す。この電池のメタノール供給口にメタノールの代わりに本発明の水素系−酸素系混合ガス（生ガスの場合と処理ガスの場合の両方について実施）を供給し、空気供給口はシールして燃料電池を機能させた。
その結果、メタノールを燃料として用いた場合よりも良好な発電結果が得られた。
また、電解質層を中空層（空気層）におきかえて実験を行なったが、ほぼ同じ発電効率が得られた。
【実施例１０】
本実施例は、特開２００２−２８００１５号公報記載の単室型固体電解質型燃料電池に、炭化水素と空気の混合ガスを供給する代りに、本発明の水素系−酸素系混合ガス（生ガスの場合と処理ガスの場合の両方について実施）を供給することにより行い、０．５Ｗ／ｃｍ２の電力が得られた。
この単室型固体電解質型燃料電池の構成は、前記特開２００２−２８００１５号公報記載のとおりであるが、一応以下にそれを説明する。
この単室型固体電解質型燃料電池は、図７６及び図７７に示すように、円盤状の酸素イオン伝導性固体電解質の同一面に、それぞれ空気極及び燃料極を備える構成である。また、本単室型固体電解質型燃料電池は、アルミナ管中に収め、このアルミナ管にメタンと空気との混合気体を流通させた状態で使用する。
酸素イオン伝導性固体電解質は、Ｌａ１−ｚＳｒｚＧａ１−ｗＭｇｗＯ３−δまたはＣｅ１−γＬｎγＯ２−δを用いた。また、空気極は、ストロンチウムをドープしたＬｎ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３±δ（前記Ｌｎ；希土類元素、特にＬａ、Ｓｍ、ＧｄまたはＹｂ）であり、とくにＳｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３±δを用いた。更に、燃料極は、ニッケルと、サマリウムをドープした酸化セリウムの混合物（Ｃｅ１−γＳｍγＯ２−δ）とにパラジウムを１質量％添加した電極である。サマリウムをドープした酸化セリウムの混合物は、Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ１．９（ＳＤＣ）を用いた。また、ＮｉとＳＤＣの混合比は重量比で７：３とした。また、空気極及び燃料極は図７７に示すように、所定の空隙ができるように、間隔を空けて設けられている。
この単室型固体電解質型燃料電池を次に示すように作製した。始めは、酸素イオン伝導性固体電解質の表面に燃料極を形成する。酸化ニッケル粉末とＳＤＣ粉末を所定量秤量し、適当な有機溶媒を用いて混合粉砕した後、所定量の酸化パラジウム粉末を加えて混合粉砕してペースト状の電極材を調節する。これを酸素イオン伝導性固体電解質上にスクリーン印刷し、１４００℃にて焼き付け処理を行った。
次いで、酸素イオン伝導性固体電解質における燃料極が形成された面と同じ側に燃料極と所定の間隙を空けて空気極を形成する。Ｌｎ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３±δ（ここでは、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３±δを使用した。）を有機溶媒に溶解させて粉砕してペースト状の電極材を調節する。これを酸素イオン伝導性固体電解質の燃料極と同側の面にスクリーン印刷し、９００℃にて焼き付け処理を行った。
電極の間隔は３×１０−３ｍとした。また、燃料極のＰｄ添加量は５ｗｔ％とし、酸素イオン伝導性固体電解質は、□７×１０−３ｍ、厚さ０．３×１０−３ｍ、表面粗さＲａ０．０６×１０−６ｍのものを用いた。
【実施例１１】
実施例１に使用した水素系−酸素系混合ガス発生手段を用い、発生した水素系−酸素系混合ガスを酸素分離器を用いて酸素系ガスと水素ガス系を分離し、実施例６で用いた燃料電池の燃料極側より前記水素系ガスを、空気極側より前記酸素系ガスを供給して発電を行った。なお、電解槽内のマイナス極とプラス極の間に隔膜を設け、発生するマイナス極側の水素を主成分とするガス成分、すなわち水素系ガスとプラス極側の酸素を主成分とするガス成分、すなわち酸素系ガスを発生段階から分離、捕集し、その水素系ガスを燃料電池の燃料極に、酸素系ガスを燃料電池の空気極に供給して発電を行っても全く同様の結果が得られた。これらの結果、市販の水素ボンベと酸素ボンベを用いて同様の発電を行った場合に較べて約５割アップの発電効率を示した。これは、水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガス中のＨ、Ｈ３、ＨＤおよびＯＨの存在が寄与しているものと推定するほかはない。
【実施例１２】
本実施例では図６５〜図６７の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段
日本テクノ（株）商品名絶縁式超振動α−撹拌機α−３型
（図４９に示す）２台を電解槽中に振動羽根がそれぞれ
向き合うように設置
振動モータ：２５０Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機製作所製低周波振動モータ
商品名ユーラスバイブレーター
振動棒：ＳＵＳ３０４製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：ＳＵＳ３０４製厚さ６ｍｍのもの７枚
固定部材：ＳＵＳ３０４製
弾性部材シート：商品名テフロン（登録商標）シート
前記絶縁式超振動α−撹拌機の一方をプラス極に、一方をマイナス極として使用し、両者の間には隔膜を設けて水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスと、酸素ガスを主成分とするガス成分すなわち酸素系ガスとを別々に採取した。なお、振動羽根をプラス極として使用する場合にかぎり、ＳＵＳ板に白金めっき被覆を設ける。
（ロ）インバータ：（株）中央製作所製
５０Ｈｚに調整して使用
（ハ）整流器（振動モータ用）：富士電機（株） 商品名ＦＶＲ−Ｃ９Ｓ、
２００Ｖ
（ニ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（内面に塩化ビニル樹脂被覆したもの）
内径７００ｍｍ×５００ｍｍ×５００ｍｍ（Ｈ）
蓋部材はＳＵＳ３０４である。
（ホ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
振動モータの振動軸への振動によってもガス漏れが発生しないよ
うシリコーン充填によりシールを完全にした。
（ヘ）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスと酸素ガスを主成分とするガス成分すなわち酸素系ガスを分離し、いずれのガスも図５９の安全装置を通し、水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスは実施例６の燃料電池の燃料極側に、酸素ガスを主成分とするガス成分すなわち酸素系ガスは実施例６の燃料電池の空気極側に供給して発電を行った。
一方、比較のために、市販の水素ガスボンベの水素ガスを実施例６の燃料電池の燃料極側に供給し、空気極側には空気を供給して発電を行った。
比較例のものに較べて本実施例のものの発電効率は約５０％アップしていた。
これは、本実施例で得られた水素ガスを主成分とするガス成分すなわち水素系ガスがＨ、Ｈ３、ＨＤおよびＯＨを微量ながら含有しているという本発明ガスの特徴点を備えている（分析結果からみて）ことに基因するものと考えられる。
また、それぞれの単セルにおける電解質層を中空層にかえて実験を行なったが、ほぼ同様の発電効果が得られた。
【実施例１３】
本実施例では図５２〜図５３の水素系−酸素系混合ガス発生手段であって以下に示すものを使用した。
（イ）振動撹拌手段
振動モータ：７５Ｗ×２００Ｖ×３相
（株）村上精機工作所製
ユーラスバイブレーター２極型ＫＥＥ−１−２Ｂ
振動棒：チタン製直径１６ｍｍのもの２本
振動羽根：チタン製厚さ６ｍｍのもの４枚
羽根の角度は水平面から１５°に下向き傾斜
（ロ）固定電極
プラス極：ステンレス板に白金めっき被膜したもの ８枚
マイナス極：ステンレス板 ９枚
（ハ）インバータ：富士電機（株）製商品名ＦＶＲ−Ｃ９Ｓ
４２Ｈｚで作動
（ニ）整流器（振動モーター用）：中央製作所製Ｐｏｗｅｒ Ｍａｓｔｅｒ、
２００Ｖ
（ホ）電解槽：ＳＵＳ３０４製（ただし内面にポリカーボネート被覆をしたもの）
内径３２０ｍｍ×２２０ｍｍ×４００ｍｍ（Ｈ）
（密閉蓋使用）
（ヘ）蓋部材と振動棒との間のシール（図６８参照）
上下を合成ゴムでパッキングし、すき間にはシリコーン充填により密封。
（ト）水素系−酸素系混合ガスを電解槽から燃料電池に導くに当っては、図７２のシステムを用いた。なお、発生ガスを測定するため、一部は図７２のシステムを通さず生ガスとして回収し、他の一部は図７２のシステムを追加した処理ガスとして回収し、分析に供した。
（チ）使用電解液：蒸留水にＫＯＨを加え、２０重量％水溶液として用いた。
４０℃で電気分解を行い、消費された水は逐次補給した。
得られたガスの分析結果は、前記表１に示したとおりである。
（リ）燃料電池の構造と使用法
実施例１で用いた燃料電池をそのまま利用した。実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例１４】
本実施例では図６５〜図６７の水素系−酸素系混合ガス発生手段を用い、実施例１３と同様にして水の電気分解を行い、本発明の水素系−酸素系混合ガスを製造した。得られた混合ガスを分析した結果は、前記表１の組成とほぼ同様であった。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図７７】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むことを特徴とする水素系−酸素系混合ガス。
【請求項２】
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである請求項１記載の水素系−酸素系混合ガス。
【請求項３】
前記水素系−酸素系混合ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られたものである請求項１記載の水素系−酸素系混合ガス。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の水素系−酸素系混合ガスよりなる燃料電池用燃料。
【請求項５】
Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨとを含むことを特徴とする水素系ガス。
【請求項６】
前記水素系ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られたものである請求項５記載の水素系ガス。
【請求項７】
請求項５または６記載の水素系ガスよりなる燃料電池用燃料。
【請求項８】
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られた水素系ガスを供給するための供給口を燃料極側に設け、かつ前記水素系ガスを供給される側の燃料極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスを供給するための供給口を燃料極側または燃料極側と空気極側との両方に設け、かつ前記水素系−酸素系混合ガスを供給される側の極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
前記振動撹拌手段が、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連結された少なくとも１つの振動棒および該振動棒に取付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とを含むものである請求項９または１０記載の燃料電池。
【請求項１２】
インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１３】
前記水素系ガスが、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨとを含むものである請求項１２記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１４】
インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１５】
前記水素系−酸素系混合ガスが、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むものである請求項１４記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１６】
前記水素系−酸素系混合ガスが、
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである請求項１５記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１７】
インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池のガス透過性燃料極側またはガス透過性燃料極側とガス透過性空気極側との両方に、燃料として供給して発電することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１８】
前記水素系−酸素系混合ガスが、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むものである請求項１７記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１９】
前記水素系−酸素系混合ガスが、
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである請求項１８記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１】
Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むことを特徴とする水素系−酸素系混合ガス。
【請求項２】
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである請求項１記載の水素系−酸素系混合ガス。
【請求項３】
前記水素系−酸素系混合ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られたものである請求項１記載の水素系−酸素系混合ガス。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の水素系−酸素系混合ガスよりなる燃料電池用燃料。
【請求項５】
Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨとを含むことを特徴とする水素系ガス。
【請求項６】
前記水素系ガスが、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られたものである請求項５記載の水素系ガス。
【請求項７】
請求項５または６記載の水素系ガスよりなる燃料電池用燃料。
【請求項８】
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系ガス発生手段、を用いて得られた水素系ガスを供給するための供給口を燃料極側に設け、かつ前記水素系ガスを供給される側の燃料極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
燃料極と、空気極と、これらの間に介在する電解質層または中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池であって、
（Ａ）電解液を収容するための電解槽、
（Ｂ）該電解槽内に収容される電解液と接するように配置される陽極部材および陰極部材よりなる電極対と、前記陽極部材および陰極部材の間に電圧を印加する電源とを含んでなる電気分解手段、
（Ｃ）前記電解槽に収容される電解液を振動撹拌するための振動撹拌手段、及び
（Ｄ）前記電解槽内に収容される電解液の前記電気分解手段による電気分解で形成される水素系ガスおよび酸素系ガスを捕集するためのガス捕集手段、
を有する水素系−酸素系混合ガス発生手段、を用いて得られた水素系−酸素系混合ガスを供給するための供給口を燃料極側または燃料極側と空気極側との両方に設け、かつ前記水素系−酸素系混合ガスを供給される側の極をガス透過性としたことを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
前記振動撹拌手段が、少なくとも１つの振動発生手段と、該振動発生手段に連結された少なくとも１つの振動棒および該振動棒に取付けられた少なくとも１つの振動羽根からなる振動撹拌部材とを含むものである請求項９または１０記載の燃料電池。
【請求項１２】
インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１３】
前記水素系ガスが、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨとを含むものである請求項１２記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１４】
インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１５】
前記水素系−酸素系混合ガスが、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むものである請求項１４記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１６】
前記水素系−酸素系混合ガスが、
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである請求項１５記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１７】
インバータにより振動モータを１０〜５００Ｈｚで振動させ、この振動を振動応力分散手段を介して振動棒に伝達し、該振動棒に一段または多段に固定された振動羽根を振幅０．０１〜３０．０ｍｍ及び振動数５００〜３００００回／分で振動させることにより、電解液を振動撹拌しながら電気分解して得られた水素系−酸素系混合ガスを、燃料極と、空気極と、これらの間に介在する中空層とを含んでなる単セルまたはそれを積層したスタックよりなる燃料電池のガス透過性燃料極側またはガス透過性燃料極側とガス透過性空気極側との両方に、燃料として供給して発電することを特徴とする燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１８】
前記水素系−酸素系混合ガスが、Ｈと、Ｈ２と、Ｈ３および／またはＨＤと、ＯＨと、１６Ｏと、Ｏ２とを含むものである請求項１７記載の燃料電池を用いた発電方法。
【請求項１９】
前記水素系−酸素系混合ガスが、
Ｈ２：５５〜７０モル％
Ｈ：０．１２〜０．４５モル％
Ｈ３およびＨＤの合計：０．０３〜０．１４モル％
ＯＨ：０．３〜１．２モル％
１６Ｏ：１．０〜４．２モル％
Ｏ２：５〜２７モル％
を含むものである請求項１８記載の燃料電池を用いた発電方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９２０５９
【国際公開日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【発行日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０５４８２（Ｐ２００５−５０５４８２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５４９７
【国際出願日】平成１６年４月１６日（２００４．４．１６）
【出願人】（３９２０２６２２４）日本テクノ株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【発行日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５４９７
【国際出願日】平成１６年４月１６日（２００４．４．１６）
【出願人】（３９２０２６２２４）日本テクノ株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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