異種の炭素類による発電
【課題】 或る温度差に対して熱起電力の大きさに差がある２つの異種の炭素類を接続して熱電対ができる。この２つの異種の炭素類を電極として電解液に浸漬すると、異種の炭素類は化学変化をせずに、正と負の電極となって、起電力が生ずる。
【解決手段】 ２つの異種の炭素棒８と、炭素棒９を図２の様に電解液に浸漬すると、炭素棒８と、炭素棒９の間に起電力が生ずる。
【解決手段】 ２つの異種の炭素棒８と、炭素棒９を図２の様に電解液に浸漬すると、炭素棒８と、炭素棒９の間に起電力が生ずる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、或る温度差に対して熱起電力に差がある異種の炭素類（以下、これを異種の炭素類と略記）が熱電対を形成する事と、異種の炭素類が電解液中で正極と負極を発現して、起電力を生ずる現象に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電対を構成する材料には、異種の金属が使われており、これは或る温度差に対して熱起電力の大きさが金属によって異なる事を利用している。
又、炭素と白金による熱電対は知られているが、異種の炭素類によって熱電対をつくる事ができる研究は見当らない。
異種の炭素類に熱起電力の差があると、この異種の炭素類で熱電対ができる事と、この熱電対で発現する正負の電極を、電解液に浸漬すると起電力が生ずる事については、未知の分野であり解明されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属は有限の資源であるが、炭素は地球のみならず宇宙にも存在する無限の資源として容易に入手でき、軽量で導電性や熱伝導性に於ても金属に劣らず優れており、常温では化学的に安定しているので金属のように腐蝕をしない。
従って、異種の炭素類だけを正負の電極として起電力を発生させる方法を開発するために、炭素類も種類によって或る温度差に対する熱起電力の大きさが異なり、異種の炭素類は正負の電極を発現する性質がある事の究明が、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
次に示す３種類の炭素類の中から任意の異種の試行検体を選んで、炭素類だけによる熱電対をつくり、発生する起電力と電流を測定した（数値は試行測定の代表値で決定値ではない。以下同）。
◎ＰＡＮ系ＣＦ：東邦テナックス社のＨＴＡ−１２Ｋ Ｅ３０。ＰＡと略記。
◎ピッチ系ＣＦ：三菱化学産資社のＫ６３７６Ｕ。ＰＩと略記。
◎黒鉛電極Ａ ：製造元不明。５ｍｍφ。ＧＡと略記。
図１の接続回路による検体接続部３の温度０℃、負荷接続端子４、５の温度２６℃での試行検体熱電対（ａ）（ｂ）（ｃ）の測定値は次の通りである（検体の長さは２００ｍｍ）。
この測定結果から、ＰＡとＧＡが示す極性と、ＰＩが示す極性は互いに反対であり、ゼーベック効果で説明されるＰＡとＧＡの熱起電力の大きさと、ＰＩの熱起電力の大きさに差がある事が観察される。
（ａ）（ｂ）は請求項１を、（ｃ）は請求項２を表わす現象である。
【０００５】
異種の炭素類による［０００４］の試行結果を考察した事により、黒鉛電極Ａと銘柄が異なる黒鉛電極Ｂ（５ｍｍφ。ＧＢと略記）を用意して、ＧＡ１本、ＧＢ１本、ＰＩ１５束を電極の試行検体（長さ１００ｍｍ。以下同）として、図２の様に水温が２５℃の海水に浸漬すると、ＧＡとＰＩは正極を発現し、ＧＢは負極を発現して起電力が生じた（請求項３、請求項７）。
【０００６】
ＧＡとＧＢを電極として用い、天日塩とＫＯＨの電解液中での起電力を測定した。
電解液は水道水２００ｍｌ中に、それぞれ３０ｇの天日塩とＫＯＨを溶解した。
又、ＧＡをＧＡＯ（ＧＡと同系の黒鉛電極）、ＧＢをＧＢＯ（ＧＢと同系の黒鉛電極）にかえてＫＯＨ溶解液中での起電力を測定した。
これは、電解液の種類によって電極の相性がある事を示している。
【０００７】
次に示す炭素類にフラーレンをエポキシに混合して塗付した検体で熱電対をつくり、生じる起電力と電流を測定した。
◎ＰＡＮ系ＣＦ３束：三菱レーヨン社のＴＲ５０Ｓ １５Ｌ。ＰＡＭと略記。
◎ピッチ系ＣＦ２束：三菱化学産資社のＫ６３７６Ｕ。ＰＩと略記。
なお、フラーレンＣ６０（フロンティアカーボン社のｎａｎｏｎ ｐｕｒｐｌｅ Ｎ６０−Ｓ）の塗付の量は、それぞれ耳かき１杯である。
ＰＡＭとＰＩにＣ６０を塗付した検体を、それぞれＰＡＭＣ、ＰＩＣで示す。
但し、検体の長さは１００ｍｍで、図１の接続回路による検体接続部３の温度は０℃、負荷接続端子４、５の温度は２４℃である。
この試行は、Ｃ６０の塗付によって起電力の大きさが変る事を示している。
【０００８】
熱電対の電力がフラーレンの塗付によって大きくなる事が分かったので、混合フラーレン（フロンティアカーボン社のｎａｎｏｎ ｍｉｘ ＭＦ−Ｓ）をピッチ系ＣＦ１５束に耳かき２杯をエポキシに混合して塗付した電極（ＰＩＭと略記）と、電極ＧＡ、電極ＰＩを電解液に浸漬して起電力を測定した（電解液は天日塩溶液と海水とする）。
この試行は、フラーレンの塗付でＰＩの極性が変る事を示しており、炭素電極の組成又は製法を変えると、電極の極性又は起電力の大きさも変えられる事を示している。
【０００９】
［０００４］の試行結果からは、異種の炭素類にも或る温度差に対する熱起電力の大きさに差があると、ゼーベック効果が生ずる事が考察される。
［０００５］［０００６］の現象に於て、異種の２種類の炭素類は、電解液に浸漬すると正極と負極を発現して起電力を生じる。
この場合、炭素は常温では化学的に非常に安定していて反応をしないので、炭素電極が化学変化によってｅ−を放出したり、ｅ−を受取ったとは考えられない。
これは、電極と電解液が接する面に電気二重層が形成されて起電力が生じたと考えられる。正負の電極を短絡すると放電して起電力は０になるが、短絡を解くとその瞬間から電気二重層が形成を始めて起電力は回復するものと考えられる。
短絡しないで電気二重層の形成速度に合った電流が流れると、当初の起電力を保てる。
正負の電極を電圧計に接続すると、電圧計に電流が流れて起電力を示す。電極の検体の種類によって、電圧計に接続中に数値が上がるもの、数値が一定を保つもの、数値が下がるものがあり、これを示している。
【００１０】
異種の炭素類で熱電対ができる事を示した。
又、異種の２つの炭素類を電極として電解液に浸漬すると、一方は正極を、他方は負極を発現して起電力を生じた。
従って、或る温度差に対する熱起電力の差が、できるだけ大きい異種の２つの炭素類を創ると、大きい電力の熱電対ができ、この異種の２つの炭素類を電解液に浸漬して更に大きな起電力が得られる事が［０００７］［０００８］で分かった。
以上の現象を確認したのが本発明の本質的な要旨であり、これを利用し応用する事が、課題を解決するための手段である。
なお、炭素類が単独又は複数で、導電性物質や固化剤によって加工されたものであっても、これらは本発明の範囲内にあるものである。
【発明の効果】
【００１１】
［０００４］［０００５］［０００６］［０００７］［０００８］［０００９］および［００１０］で示した事から、本発明には次の効果がある。
（ａ）異種の炭素類を使用して大きな電力の熱電対をつくる事ができる。
（ｂ）電解液に異種の炭素類を正と負の電極として浸漬し、電極が腐蝕されることなく 無電源で起電力を生じる事ができる。
（ｃ）電解液に異種の炭素類を正と負の電極として浸漬して生ずる起電力によって、蓄 電装置の開発が可能である。
（ｄ）電解液に適合した炭素電極の創造ができる。
（ｅ）電解液のみならず、異種の炭素正極と炭素負極に適合した固体の電解質を探査で きる。
なお本効果は特願２００５−３０９０５２と特願２００６−２５５０２４でも記した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
異種の炭素類による正負の電極間に、できるだけ大きな起電力を生むために、熱起電力の差が更に大きい異種の炭素類を開発する事により、本発明は電源を使わずに、次の様な実施形態が得られる（請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７）。
（ａ）海水が間断なく流出入する容器に、異種の炭素類を正負の電極として蓄電装置に 接続すると、減少する電解質が常に補充される安定した海水発電が可能である。
（ｂ）海水にＧＡとＧＢを浸漬し、両極に電解コンデンサを接続すると、ＧＡとＧＢの 表面に気泡が生ずる。即ち
（正極では） ２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → Ｈ２＋２ＯＨ−
（負極では） ２Ｃｌ− → Ｃｌ２＋２ｅ−
（全体では） ２ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ → ２ＮａＯＨ＋Ｈ２＋Ｃｌ２
の反応が起きており、気泡はＨ２とＣｌ２である事が示され、ＮａＯＨが生成され ている。
（ｃ）天日塩溶解液（塩分濃度４．２％、２００ｍｌ）に電極ＧＡとＧＢを浸漬し、両 電極間に電解コンデンサ（１００００μＦ／６．３Ｖ）を接続した。
４０時間後上層（１０ｍｍ）液の塩分濃度は０．９％を示し、下層にはＮａＯＨ が生成され、海水中のＮａＣｌを除去できる事を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】熱電対の片方の端を開放した状態の図である。
【図２】電解液に電極を浸漬した状態の図である。
【符号の説明】
【００１４】
１ 熱電対の正極側の検体。
２ 熱電対の負極側の検体。
３ 熱電対の異なる検体２本の接続部。低温部。
４ 熱電対の正極側の負荷接続端子。高温部。
５ 熱電対の負極側の負荷接続端子。高温部。
６ 正電極の負荷接続端子。
７ 負電極の負荷接続端子。
８ 正電極の炭素棒。
９ 負電極の炭素棒。
１０ 電解液（２００ｍｌ、深さ６０ｍｍ）。
１１ 水面
１２ 容器（２００ｍｌ用ビーカー）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、或る温度差に対して熱起電力に差がある異種の炭素類（以下、これを異種の炭素類と略記）が熱電対を形成する事と、異種の炭素類が電解液中で正極と負極を発現して、起電力を生ずる現象に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電対を構成する材料には、異種の金属が使われており、これは或る温度差に対して熱起電力の大きさが金属によって異なる事を利用している。
又、炭素と白金による熱電対は知られているが、異種の炭素類によって熱電対をつくる事ができる研究は見当らない。
異種の炭素類に熱起電力の差があると、この異種の炭素類で熱電対ができる事と、この熱電対で発現する正負の電極を、電解液に浸漬すると起電力が生ずる事については、未知の分野であり解明されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
金属は有限の資源であるが、炭素は地球のみならず宇宙にも存在する無限の資源として容易に入手でき、軽量で導電性や熱伝導性に於ても金属に劣らず優れており、常温では化学的に安定しているので金属のように腐蝕をしない。
従って、異種の炭素類だけを正負の電極として起電力を発生させる方法を開発するために、炭素類も種類によって或る温度差に対する熱起電力の大きさが異なり、異種の炭素類は正負の電極を発現する性質がある事の究明が、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
次に示す３種類の炭素類の中から任意の異種の試行検体を選んで、炭素類だけによる熱電対をつくり、発生する起電力と電流を測定した（数値は試行測定の代表値で決定値ではない。以下同）。
◎ＰＡＮ系ＣＦ：東邦テナックス社のＨＴＡ−１２Ｋ Ｅ３０。ＰＡと略記。
◎ピッチ系ＣＦ：三菱化学産資社のＫ６３７６Ｕ。ＰＩと略記。
◎黒鉛電極Ａ ：製造元不明。５ｍｍφ。ＧＡと略記。
図１の接続回路による検体接続部３の温度０℃、負荷接続端子４、５の温度２６℃での試行検体熱電対（ａ）（ｂ）（ｃ）の測定値は次の通りである（検体の長さは２００ｍｍ）。
この測定結果から、ＰＡとＧＡが示す極性と、ＰＩが示す極性は互いに反対であり、ゼーベック効果で説明されるＰＡとＧＡの熱起電力の大きさと、ＰＩの熱起電力の大きさに差がある事が観察される。
（ａ）（ｂ）は請求項１を、（ｃ）は請求項２を表わす現象である。
【０００５】
異種の炭素類による［０００４］の試行結果を考察した事により、黒鉛電極Ａと銘柄が異なる黒鉛電極Ｂ（５ｍｍφ。ＧＢと略記）を用意して、ＧＡ１本、ＧＢ１本、ＰＩ１５束を電極の試行検体（長さ１００ｍｍ。以下同）として、図２の様に水温が２５℃の海水に浸漬すると、ＧＡとＰＩは正極を発現し、ＧＢは負極を発現して起電力が生じた（請求項３、請求項７）。
【０００６】
ＧＡとＧＢを電極として用い、天日塩とＫＯＨの電解液中での起電力を測定した。
電解液は水道水２００ｍｌ中に、それぞれ３０ｇの天日塩とＫＯＨを溶解した。
又、ＧＡをＧＡＯ（ＧＡと同系の黒鉛電極）、ＧＢをＧＢＯ（ＧＢと同系の黒鉛電極）にかえてＫＯＨ溶解液中での起電力を測定した。
これは、電解液の種類によって電極の相性がある事を示している。
【０００７】
次に示す炭素類にフラーレンをエポキシに混合して塗付した検体で熱電対をつくり、生じる起電力と電流を測定した。
◎ＰＡＮ系ＣＦ３束：三菱レーヨン社のＴＲ５０Ｓ １５Ｌ。ＰＡＭと略記。
◎ピッチ系ＣＦ２束：三菱化学産資社のＫ６３７６Ｕ。ＰＩと略記。
なお、フラーレンＣ６０（フロンティアカーボン社のｎａｎｏｎ ｐｕｒｐｌｅ Ｎ６０−Ｓ）の塗付の量は、それぞれ耳かき１杯である。
ＰＡＭとＰＩにＣ６０を塗付した検体を、それぞれＰＡＭＣ、ＰＩＣで示す。
但し、検体の長さは１００ｍｍで、図１の接続回路による検体接続部３の温度は０℃、負荷接続端子４、５の温度は２４℃である。
この試行は、Ｃ６０の塗付によって起電力の大きさが変る事を示している。
【０００８】
熱電対の電力がフラーレンの塗付によって大きくなる事が分かったので、混合フラーレン（フロンティアカーボン社のｎａｎｏｎ ｍｉｘ ＭＦ−Ｓ）をピッチ系ＣＦ１５束に耳かき２杯をエポキシに混合して塗付した電極（ＰＩＭと略記）と、電極ＧＡ、電極ＰＩを電解液に浸漬して起電力を測定した（電解液は天日塩溶液と海水とする）。
この試行は、フラーレンの塗付でＰＩの極性が変る事を示しており、炭素電極の組成又は製法を変えると、電極の極性又は起電力の大きさも変えられる事を示している。
【０００９】
［０００４］の試行結果からは、異種の炭素類にも或る温度差に対する熱起電力の大きさに差があると、ゼーベック効果が生ずる事が考察される。
［０００５］［０００６］の現象に於て、異種の２種類の炭素類は、電解液に浸漬すると正極と負極を発現して起電力を生じる。
この場合、炭素は常温では化学的に非常に安定していて反応をしないので、炭素電極が化学変化によってｅ−を放出したり、ｅ−を受取ったとは考えられない。
これは、電極と電解液が接する面に電気二重層が形成されて起電力が生じたと考えられる。正負の電極を短絡すると放電して起電力は０になるが、短絡を解くとその瞬間から電気二重層が形成を始めて起電力は回復するものと考えられる。
短絡しないで電気二重層の形成速度に合った電流が流れると、当初の起電力を保てる。
正負の電極を電圧計に接続すると、電圧計に電流が流れて起電力を示す。電極の検体の種類によって、電圧計に接続中に数値が上がるもの、数値が一定を保つもの、数値が下がるものがあり、これを示している。
【００１０】
異種の炭素類で熱電対ができる事を示した。
又、異種の２つの炭素類を電極として電解液に浸漬すると、一方は正極を、他方は負極を発現して起電力を生じた。
従って、或る温度差に対する熱起電力の差が、できるだけ大きい異種の２つの炭素類を創ると、大きい電力の熱電対ができ、この異種の２つの炭素類を電解液に浸漬して更に大きな起電力が得られる事が［０００７］［０００８］で分かった。
以上の現象を確認したのが本発明の本質的な要旨であり、これを利用し応用する事が、課題を解決するための手段である。
なお、炭素類が単独又は複数で、導電性物質や固化剤によって加工されたものであっても、これらは本発明の範囲内にあるものである。
【発明の効果】
【００１１】
［０００４］［０００５］［０００６］［０００７］［０００８］［０００９］および［００１０］で示した事から、本発明には次の効果がある。
（ａ）異種の炭素類を使用して大きな電力の熱電対をつくる事ができる。
（ｂ）電解液に異種の炭素類を正と負の電極として浸漬し、電極が腐蝕されることなく 無電源で起電力を生じる事ができる。
（ｃ）電解液に異種の炭素類を正と負の電極として浸漬して生ずる起電力によって、蓄 電装置の開発が可能である。
（ｄ）電解液に適合した炭素電極の創造ができる。
（ｅ）電解液のみならず、異種の炭素正極と炭素負極に適合した固体の電解質を探査で きる。
なお本効果は特願２００５−３０９０５２と特願２００６−２５５０２４でも記した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
異種の炭素類による正負の電極間に、できるだけ大きな起電力を生むために、熱起電力の差が更に大きい異種の炭素類を開発する事により、本発明は電源を使わずに、次の様な実施形態が得られる（請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７）。
（ａ）海水が間断なく流出入する容器に、異種の炭素類を正負の電極として蓄電装置に 接続すると、減少する電解質が常に補充される安定した海水発電が可能である。
（ｂ）海水にＧＡとＧＢを浸漬し、両極に電解コンデンサを接続すると、ＧＡとＧＢの 表面に気泡が生ずる。即ち
（正極では） ２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → Ｈ２＋２ＯＨ−
（負極では） ２Ｃｌ− → Ｃｌ２＋２ｅ−
（全体では） ２ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ → ２ＮａＯＨ＋Ｈ２＋Ｃｌ２
の反応が起きており、気泡はＨ２とＣｌ２である事が示され、ＮａＯＨが生成され ている。
（ｃ）天日塩溶解液（塩分濃度４．２％、２００ｍｌ）に電極ＧＡとＧＢを浸漬し、両 電極間に電解コンデンサ（１００００μＦ／６．３Ｖ）を接続した。
４０時間後上層（１０ｍｍ）液の塩分濃度は０．９％を示し、下層にはＮａＯＨ が生成され、海水中のＮａＣｌを除去できる事を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】熱電対の片方の端を開放した状態の図である。
【図２】電解液に電極を浸漬した状態の図である。
【符号の説明】
【００１４】
１ 熱電対の正極側の検体。
２ 熱電対の負極側の検体。
３ 熱電対の異なる検体２本の接続部。低温部。
４ 熱電対の正極側の負荷接続端子。高温部。
５ 熱電対の負極側の負荷接続端子。高温部。
６ 正電極の負荷接続端子。
７ 負電極の負荷接続端子。
８ 正電極の炭素棒。
９ 負電極の炭素棒。
１０ 電解液（２００ｍｌ、深さ６０ｍｍ）。
１１ 水面
１２ 容器（２００ｍｌ用ビーカー）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
或る温度差に対して熱起電力に差がある異種の炭素類（炭素同素体を含む炭素を主成分とする物質。以下同）を正負の電極として接続した熱電対。
【請求項２】
炭素類のうちから任意の異種の２種類以上（２種類を含む）をとった集合体と、他の異種の炭素類を正負の電極として接続した熱電対。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の異種の炭素類を正負の電極として、電解液（水を含む。以下同）に間隔をあけて浸漬すると、炭素類は化学変化をせずに両極間に起電力が生ずる発電方法。
【請求項４】
請求項３の発電方法を利用して、ＮａＣｌ水溶液からＮａＯＨを無電源で製造する装置。
【請求項５】
請求項３の発電方法を利用して、無電源により海水中のＮａＣｌを除去する装置。
【請求項６】
請求項３の発電方法を利用して、電源を用いずに燃料電池に利用するＨ２を製造する装置。
【請求項７】
請求項３の発電方法による発電装置と、蓄電装置を接続してつくる炭素発電装置。
【請求項１】
或る温度差に対して熱起電力に差がある異種の炭素類（炭素同素体を含む炭素を主成分とする物質。以下同）を正負の電極として接続した熱電対。
【請求項２】
炭素類のうちから任意の異種の２種類以上（２種類を含む）をとった集合体と、他の異種の炭素類を正負の電極として接続した熱電対。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の異種の炭素類を正負の電極として、電解液（水を含む。以下同）に間隔をあけて浸漬すると、炭素類は化学変化をせずに両極間に起電力が生ずる発電方法。
【請求項４】
請求項３の発電方法を利用して、ＮａＣｌ水溶液からＮａＯＨを無電源で製造する装置。
【請求項５】
請求項３の発電方法を利用して、無電源により海水中のＮａＣｌを除去する装置。
【請求項６】
請求項３の発電方法を利用して、電源を用いずに燃料電池に利用するＨ２を製造する装置。
【請求項７】
請求項３の発電方法による発電装置と、蓄電装置を接続してつくる炭素発電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１６４３１５（Ｐ２００９−１６４３１５Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４１９６２（Ｐ２００７−３４１９６２）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（５９４１８３９６７）有限会社新日本社 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（５９４１８３９６７）有限会社新日本社 (12)
【Ｆターム（参考）】
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