電解方法及び電解装置
【課題】少ない部品点数で効率的に酸素及び水素を生成でき、また、小型化を有効に行うことができる電解方法及び電解装置を提供すること。
【解決手段】電解装置１は、水を保持すると共に電極３が内部に設けられた容器２と、容器２に水を循環させる循環路４を備える。循環路４には、容器２から水が排出される側から順に、循環する水から水素と酸素を分離して取り出す分離器５と、炭素微粒子と窒素の微細気泡を含む水を供給する供給管６と、水を循環させる循環ポンプ７が介設されている。電極３は、容器２の対抗する内側面に夫々配置された陽極電極３１及び陰極電極３２と、これら陽極電極３１と陰極電極３２の間に配置された３つの中間電極３３、３３、３３を有する。炭素微粒子により、水の電気分解による水素及び酸素の生成効率を向上させ、窒素の微細気泡により、電気分解で生成された水素及び酸素の防爆を行う。
【解決手段】電解装置１は、水を保持すると共に電極３が内部に設けられた容器２と、容器２に水を循環させる循環路４を備える。循環路４には、容器２から水が排出される側から順に、循環する水から水素と酸素を分離して取り出す分離器５と、炭素微粒子と窒素の微細気泡を含む水を供給する供給管６と、水を循環させる循環ポンプ７が介設されている。電極３は、容器２の対抗する内側面に夫々配置された陽極電極３１及び陰極電極３２と、これら陽極電極３１と陰極電極３２の間に配置された３つの中間電極３３、３３、３３を有する。炭素微粒子により、水の電気分解による水素及び酸素の生成効率を向上させ、窒素の微細気泡により、電気分解で生成された水素及び酸素の防爆を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電気分解を行って水素又は酸素を生成する電解方法及び電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水の電気分解を行って水素と酸素の気体を生成する電解装置として、箱体の内部をクランク状に区切って電流の通路を形成し、この通路を横切るように、中央に電極が設けられた仕切板を複数個配設し、両端の仕切板の電極間に電圧を印加するように構成されたものがある（特許文献１参照）。この電解装置は、約１００枚の仕切板の相互間に電解室を夫々形成することにより、小電流の通電により、大量の水素と酸素の混合気体が生成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６８５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電解装置は、約１００個の電極を備えるので部品点数が多く、構造が複雑であり、部品コストと組み立てコストが嵩む不都合がある。また、電極が劣化した場合に電極を交換する手間が大きいという不都合がある。また、約１００個の電極の間に電流を流すので、電力の抵抗損失が大きく、水素及び酸素の生成効率が悪いという問題がある。また、約１００個の電極の間に電解室を夫々形成するので、電解装置の小型化が難しいという不都合がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、少ない部品点数で効率的に酸素及び水素を生成でき、また、小型化を有効に行うことができる電解方法及び電解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の電解方法は、
水に炭素微粒子を添加する微粒子添加工程と、
上記炭素微粒子が添加された水を電気分解する電解工程と
を備えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、水に炭素微粒子を添加し、この炭素微粒子が添加された水を電気分解すると、電気分解の陰極と陽極の間で炭素微粒子が微小な電極として機能するので、従来のように多数の電極を設置しなくても、水の電気分解を効率的に行うことができる。したがって、この電解方法を行うための電解装置に関し、部品点数を削減でき、部品コストと組み立てコストを安価にできる。また、電極を交換する必要が生じても、電極の交換の手間を少なくできる。また、電極の数を少なくできるので、電極間に印加する電力の抵抗損失を少なくできる。さらに、電極間に印加する電位差が比較的小さくても、水中に分散する炭素微粒子の互いの間に、局所的に高い電位差が形成されるので、効率的に水素や酸素等を生成することができる。また、電極の数を削減できるので、効果的に小型化を行うことができる。
【０００８】
ここで、炭素微粒子とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有して炭素で形成された粒子をいう。
【０００９】
また、上記炭素微粒子は、電解を行う水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。
【００１０】
一実施形態の電解方法は、上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００１１】
上記実施形態によれば、水に直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子を添加することにより、この炭素微粒子が添加された水の電解効率を効果的に向上することができる。
【００１２】
ここで、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子として、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。
【００１３】
一実施形態の電解方法は、窒素を含む気体の微細気泡を上記水に供給する窒素供給工程を備える。
【００１４】
上記実施形態によれば、電気分解を行う水に、窒素を含む気体の微細気泡が供給されるので、この微細気泡により、電気分解により生成された水素や酸素等の防爆を行うことができる。また、窒素を含む気体の微細気泡は、電極の表面に付着し難いので、電極の表面に付着する気泡による電解効率の低下を防止できる。
【００１５】
ここで、窒素を含む気体とは、体積割合で５０％以上の窒素を含む気体をいう。また、微細気泡とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有する気泡をいう。
【００１６】
一実施形態の電解方法は、上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００１７】
上記実施形態によれば、窒素を含む気体は、その微細気泡の直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることにより、電気分解を行う水に安定して保持されるので、生成される水素や酸素等の防爆を安定して行うことができる。
【００１８】
本発明の電解装置は、水を保持する容器と、
上記水に接するように容器内に配置された陽極電極及び陰極電極と、
上記容器に水を循環させる循環路と、
上記循環路に水を供給する水供給部と、
上記循環路に、上記水に添加されるべき炭素微粒子を供給する炭素供給部と
を備えることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、陽極電極及び陰極電極が配置されて水の電気分解が行われる容器に、循環路を通して水が循環し、電気分解によって水が減少するに応じて、水供給部により水が供給される。また、上記水に添加されるべき炭素微粒子が、炭素供給部で循環路に供給される。なお、炭素供給部は、炭素微粒子を予め水に添加した状態で循環路に供給してもよく、また、炭素微粒子のみを循環路に供給してもよい。上記容器では、上記陽極電極と陰極電極に電力が印加され、陽極電極で酸化反応が進む一方、陰極電極で還元反応が進む。ここで、陽極電極と陰極電極の間に存在する水に添加されている炭素微粒子が微小な電極として機能するので、従来のように多数の電極を設置しなくても、水の電気分解を効率的に行うことができる。したがって、この電解装置は、従来の電解装置よりも部品点数を削減でき、部品コストと組み立てコストを安価にできる。また、電極を交換する必要が生じても、交換の手間を少なくできる。また、電極の数を少なくできるので、電極間に印加する電力の抵抗損失を少なくできる。さらに、電極間に印加する電位差が比較的少なくても、水中に分散する炭素微粒子の互いの間に、局所的に高い電位差が形成されるので、効率的に水素及び酸素を生成することができる。また、電極の数を削減できるので、効果的に小型化を行うことができる。
【００２０】
ここで、炭素微粒子とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有して炭素で形成された粒子をいう。
【００２１】
また、上記炭素微粒子は、電解を行う水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。
【００２２】
一実施形態の電解装置は、上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００２３】
上記実施形態によれば、水に直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子を添加することにより、この炭素微粒子が添加された水の電解効率を効果的に向上することができる。
【００２４】
ここで、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子として、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。
【００２５】
一実施形態の電解装置は、上記循環路に、窒素を含む気体の微細気泡を供給する窒素供給部を備える。
【００２６】
上記実施形態によれば、循環路を通る水に、窒素を含む気体の微細気泡が窒素供給部から供給され、この微細気泡が供給された水が容器に導かれて電気分解が行われる。この微細気泡に含まれる窒素により、電気分解により生成された水素又は酸素の防爆を行うことができる。また、窒素を含む気体の微細気泡は、電極の表面に付着し難いので、電極の表面に付着する気泡による電解効率の低下を防止できる。
【００２７】
ここで、窒素を含む気体とは、体積割合が５０％以上の窒素を含む気体をいう。また、微細気泡とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有する気泡をいう。
【００２８】
一実施形態の電解装置は、上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００２９】
上記実施形態によれば、窒素を含む気体は、その微細気泡の直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることにより、電気分解を行う水に安定して保持されるので、生成される水素及び酸素の防爆を安定して行うことができる。
【００３０】
一実施形態の電解装置は、上記陽極電極及び陰極電極の少なくとも一方を振動させる振動部を備える。
【００３１】
上記実施形態によれば、振動部により、陽極電極及び陰極電極の少なくとも一方に振動が与えられることにより、電極における電解反応を促進し、水素又は酸素の生成量を増大することができる。ここで、振動部により電極に与える振動数を変更することにより、電極における水素又は酸素の生成量を調節することができる。
【００３２】
一実施形態の電解装置は、上記陽極電極及び陰極電極は、表面に炭素微粒子が設けられている。
【００３３】
上記実施形態によれば、陽極電極及び陰極電極の表面に設けられた炭素微粒子により、電極の表面を平滑に形成した場合よりも、水素及び酸素の生成効率を増大させることができる。ここで、上記炭素微粒子は、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有して炭素で形成された粒子をいい、好ましくは、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態の電解装置を示す模式図である。
【図２】窒素の微細気泡を含む水を生成する微細化混合装置を示す模式図である。
【図３】第２実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。
【図４】第３実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
第１実施形態の電解装置１は、水を電気分解して水素と酸素を生成する装置であり、図１に示すように、電気分解の対象である水を保持すると共に電極３が内部に設けられた容器２と、容器２に水を循環させる循環路４を備える。循環路４には、容器２から水が排出される側から順に、循環する水から水素と酸素を分離して取り出す分離器５と、炭素微粒子と窒素の微細気泡を含む水を供給する供給管６と、水を循環させる循環ポンプ７が介設されている。
【００３７】
容器２は、水が流入する流入口２１を下端に有すると共に、水と共に水素及び酸素が排出される排出口２２を上端に有する。流入口２１に連なる容器２の下部の内壁面は、下端から上方に向かって幅が拡大する形状を有し、容器２の上下方向の中央部に幅方向に配列された複数の電極３１，３２，３３の間に水を分散して導くように形成されている。排出口２２に連なる容器２の上部の内壁面は、上端から下方に向かって幅が拡大する形状を有し、複数の電極３１，３２，３３の間から水と気体を集めて排出口２２に導くように形成されている。
【００３８】
容器２の上下方向の中央に設けられた電極３は、容器２の対抗する内側面に夫々配置された陽極電極３１及び陰極電極３２と、これら陽極電極３１と陰極電極３２の間に配置された３つの中間電極３３、３３、３３で構成されている。なお、中間電極３３の数は、３つ以外でもよく、また、中間電極３３は必ずしも設けなくてよい。各電極３１，３２，３３は、炭素材料で形成された板状体であり、互いに平行に配置されている。陽極電極３１と陰極電極３２の中間電極３３に臨む表面と、中間電極３３の両面には、炭素微粒子が担持されている。炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素の粒子で形成され、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。なお、各電極３１，３２，３３は、金属材料で形成された板状体の表面に炭素微粒子を担持させて形成してもよく、また、炭素微粒子をコンパウンドした樹脂を板状に成形し、表面に炭素微粒子を露出させて形成してもよい。
【００３９】
循環路４は、容器２の排出口２２と分離器５の入口との間を接続する排出管４１と、分離器５の水の出口と循環ポンプ７の吸入口との間を接続する吸入管４２と、循環ポンプ７の吐出口と容器２の流入口２１との間を接続する流入管４３とで構成されている。
【００４０】
分離器５には、容器２から排出された混合状態の水素及び酸素と水が、排出管４１を通して導かれる。この分離器５は、導かれた水と水素及び酸素とを分離し、さらに、水素と酸素とを分離して個別に排出するように形成されている。分離器５は、水素と酸素を分離する分離膜を内蔵し、これにより、容器２内で生成されて混合状態で排出された水素と酸素を分離する。分離膜は、ゼオライト等のセラミック多孔体や、パラジウム等の金属や、合成樹脂の公知の材料を用いて形成することができる。
【００４１】
供給管６は、循環路４の吸入管４２に接続されている。電解装置１を動作する前に、炭素微粒子と窒素の微細気泡とを含む水が、供給管６から吸入管４２に供給されて、循環路４と容器２の中に満たされる。また、電解装置１の動作に伴い、容器２と循環路４の中の水が減少すると、炭素微粒子又は窒素の微細気泡が適宜混合された水が、供給管６を通して循環路４と容器２に追加される。供給管６から循環路４と容器２に供給される水の量は、バルブ６２が制御されて調整される。この供給管６は、炭素微粒子を含んだ水を循環路４に供給するとき、水供給部及び炭素供給部として機能し、窒素の微細気泡を含む水を循環路４に供給するとき、窒素供給部として機能する。
【００４２】
水に添加されて循環路４と容器２の中に供給される炭素微粒子は、直径が１ｎｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素の粒子で形成され、水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。炭素微粒子は、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。
【００４３】
供給管６を通して吸入管４２に供給され、窒素の微細気泡を含む水は、図２に示す微細化混合装置１１によって生成される。
【００４４】
微細化混合装置１１は、ケーシング１２内に、微細化ブロック１３を収容して構成される。微細化ブロック１３は、ステンレス鋼で構成され、先端が互いに連通する概ね円錐状の２つの旋回室１４と、２つの旋回室１４の連通位置からブロックの底面に向かって延びる排出路１５が内部に形成されている。２つの旋回室１４の間に挟まれた排出路１５の部分は、窒素を含んだ水の旋回流が衝突する衝突室となっている。
【００４５】
ケーシング１２は、水供給管１２ａを通して外部から水が供給され、この供給された水を、ケーシング１２と微細化ブロック１３との間に所定の圧力が付与された状態で保持して、微細化ブロック１３内に導くように構成されている。
【００４６】
微細化ブロック１３に形成された２つの旋回室１４は、中心軸が略一直線上に配置され、これら２つの旋回室１４の中心軸と直行する方向に、排出路１５が延在している。概ね円錐状の旋回室１４の側面には、排出路１５から遠い位置に、ケーシング１２内と連通する導入路１６が夫々形成されている。導入路１６は、円錐状の側面に接するように、旋回室１４に連通している。また、旋回室１４の端面には、ケーシング１２の外部から窒素が供給される窒素供給管１７が連通している。微細化ブロック１３の排出路１５は、ケーシング１２の外部に連なる排出管１２ｂに接続されている。
【００４７】
この微細化混合装置１１は、次のようにして窒素の微細気泡を含んだ水を生成する。まず、図示しないポンプにより、水を細化混合装置１１へ圧送する。ポンプにより微細化混合装置１１に圧送される水の流量は、水供給管１２ａにおいて１Ｌ／ｍｉｎ以上５０Ｌ／ｍｉｎ以下であり、かつ、圧力は、０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下であるのが好ましい。特に好ましくは、水供給管１２ａでの水の圧力が０．５ＭＰａ以上５ＭＰａである。
【００４８】
水供給管１２ａからケーシング１２内に供給された水は、ポンプによる圧送圧力に応じた圧力を呈してケーシング１２と微細化ブロック１３の間に保持され、導入路１６を通って微細化ブロック１３の２つの旋回室１４に夫々流入する。導入路１６が旋回室１４の側面に接して連通していることにより、導入路１６を通った水は、旋回室４内で旋回流を形成する。旋回室４内で形成される水の旋回流に、窒素供給管７を通して供給された窒素が混合される。水と窒素の混合割合は、例えば水が０．８Ｌ／ｍｉｎ以上４０Ｌ／ｍｉｎ以下であり、窒素が０．２Ｌ／ｍｉｎ以上１０Ｌ／ｍｉｎ以下の割合に設定することができる。
【００４９】
微細化ブロック１３の旋回室１４で窒素が混合された水の旋回流は、略円錐形の旋回室１４内を先端側に流れ、排出路５内の衝突室に吐出される。２つの旋回室１４，１４から吐出された水の旋回流が、衝突室で衝突することにより、水に混合していた窒素の泡が破壊され、微細化されて、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍの微細気泡となる。こうして、窒素の微細気泡が混合及び分散された水は、排出路１５と排出管１２ｂを通って矢印Ｗで示すようにケーシング１２外に排出され、供給管６に導かれる。
【００５０】
供給管６から窒素の微細気泡を混合すると共に炭素微粒子を添加した水を吸入管４２に供給する場合、上記微細化混合装置１１で水に窒素の微細気泡を混合した後、炭素微粒子を添加して吸入管４２に供給してもよく、また、水に炭素微粒子を添加した後、この水を微細化混合装置１１に導入して窒素の微細気泡を混合し、吸入管４２に供給してもよい。
【００５１】
なお、本実施形態では、微細化混合装置１１で水に混合する微細気泡は、実質的に窒素のみの微細気泡であるが、体積割合で５０％以上の窒素を含む気体の微細気泡であってもよい。
【００５２】
循環ポンプ７は、吸入管４２の水を吸入して流入管４３に圧送する。循環ポンプ７により、容器２と循環路４の間に水を循環させて、容器２から水と共に水素及び酸素を排出すると共に、必要に応じて供給管６から供給された窒素の微細気泡及び炭素微粒子を含む水を容器２に供給する。
【００５３】
上記構成の電解装置１は、次のように動作する。
【００５４】
まず、窒素の微細気泡を混合すると共に炭素微粒子を添加した水を供給管６から循環路４の吸入管４２に供給し、循環ポンプ７を作動させて容器２に水を送り、容器２と循環路４内を、窒素の微細気泡と炭素微粒子を含む水で満たす。容器２と循環路４内の水に添加する炭素微粒子は、水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合とし、好ましくは、３０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の割合とする。
【００５５】
続いて、陽極電極３１と陰極電極３２に電力を供給し、水の電気分解を行う。すなわち、陽極電極３１を通じて水から電子を奪い、酸化反応により酸素を生成する。一方、陰極電極３２を通じて水に電子を供給し、還元反応により水素を生成する。ここで、陽極電極３１と陰極電極３２と３つの中間電極３３の相互間に、炭素微粒子を含む水が存在するので、炭素微粒子を含まない場合よりも高い効率で水を電気分解でき、水素及び酸素を効率的に生成することができる。
【００５６】
陽極電極３１と陰極電極３２の間で生成された水素及び酸素は、容器２内の上部に浮上し、循環ポンプ７による水の流れにより、容器２の排出口２２から排出されて排出管４１を通り、分離器５に導かれる。分離器５に内蔵された分離膜により、水素と酸素が、水から夫々分離されて個別に排出される。水素と酸素が分離された水は、分離器５の出口から排出され、吸入管４２を通って循環ポンプ７に吸入され、循環ポンプ７により流入管４３へ圧送される。流入管４３に圧送された水は、流入口２１から容器２内に流入する。
【００５７】
容器２内で電気分解により水素及び酸素が生成され、分離器５で分離される間、水素と酸素は互いに混合した状態であるが、容器２及び循環路４内の水に窒素の微細気泡が混合されているので、水素と酸素が爆発的に反応する不都合を防止できる。また、水素と酸素の防爆を行う窒素は微細気泡であり、電極３の表面に付着し難いので、電極３の表面に気泡が付着して水の電解効率が低下する不都合を防止できる。また、窒素の微細気泡は、水中に長期に渡って安定して保持されるので、防爆効果を長期にわたって奏することができる。
【００５８】
容器２内での電気分解と、分離器５による水素及び酸素の分離により、容器２及び循環路４内の水の量が減少すると、バルブ６２が開き制御されて水が補給される。このとき、容器２及び循環路４内に残存する炭素微粒子及び窒素の微細気泡の量に応じて、炭素微粒子及び窒素の微細気泡を適宜補充してもよい。
【００５９】
このようにして、容器２内の水が、排出管４１と吸入管４２と流入管４３とで形成された循環路４を循環して容器２に戻される過程で、電気分解により生成された水素及び酸素が回収され、また、必要に応じて水と炭素微粒子と窒素の微細気泡が補充される。
【００６０】
このように、本実施形態の電解装置１によれば、電気分解の対象である水に炭素微粒子を添加したので、従来のように多数の電極を設置しなくても、水の電気分解を効率的に行うことができる。したがって、従来の電解装置よりも部品点数を削減でき、部品コストと組み立てコストを安価にできる。また、電極３を交換する必要が生じても、電極３の交換の手間を少なくできる。また、電極３の数を少なくできるので、各電極３１，３２間に印加する電力の抵抗損失を少なくできる。さらに、電極３１，３２間に印加する電位差が比較的小さくても、水中に分散する炭素微粒子の互いの間に、局所的に高い電位の勾配が形成されるので、効率的に水素及び酸素を生成することができる。また、電極３の数を削減できるので、効果的に小型化を行うことができる。
【００６１】
図３は、本発明の第２実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。第２実施形態の電解装置は、容器２内の陽極電極３１及び陰極電極３２に、これら陽極電極３１及び陰極電極３２を振動させる振動部としての振動子３４，３５が夫々設けられている。第２実施形態の電解装置は、陽極電極３１及び陰極電極３２に振動子３４，３５を設けた以外は、第１実施形態の電解装置１と実質的に同様の構成を有する。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。
【００６２】
第２実施形態の電解装置は、水の電気分解を行う際、陽極電極３１及び陰極電極３２に電力を印加すると共に、振動子３４，３５によって陽極電極３１及び陰極電極３２を振動させる。振動子３４，３５は、例えば、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の振動数の振動を陽極電極３１及び陰極電極３２に与えるのが好ましい。さらに、陽極電極３１及び陰極電極３２に与える振動は、２００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下が好ましく、特に好ましいのは３００Ｈｚ前後である。
【００６３】
ここで、振動子３４，３５は、図示しない振動数制御部に接続され、この振動数制御部によって振動数が変更されるように構成するのが好ましい。振動子３４，３５の振動数を変更することにより、陽極電極３１及び陰極電極３２による酸素及び水素の生成量を変化させることができる。例えば、陽極電極３１と陰極電極３２との間の電位差が２４Ｖ、振動子３４，３５による振動を行わない条件において、毎分０．０２ｍｌの水素が発生する。これに対して、振動子３４，３５を作動させて２００Ｈｚ及び３００Ｈｚの振動数で陽極電極３１と陰極電極３２を法線方向に振動させると、水素の発生量が毎分０．０８ｍｌ及び毎分０．１ｍｌに増加することが確認された。
【００６４】
なお、第２実施形態において、陽極電極３１及び陰極電極３２に振動子３４，３５を夫々設けたが、陽極電極３１及び陰極電極３２のいずれか一方のみに振動子を設けてもよい。
【００６５】
図４は、本発明の第３実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。第３実施形態の電解装置は、容器２内の陽極電極３１及び陰極電極３２を、絶縁体３６を挟持させて一体に形成し、この一体に形成した陽極電極３１と絶縁体３６と陰極電極３２の下端に振動子３７を設け、中間電極３３を削除した以外は、第１実施形態の電解装置１と実質的に同様の構成を有する。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。
【００６６】
第３実施形態の電解装置は、水の電気分解を行う際、陽極電極３１及び陰極電極３２に電力を印加すると共に、一体に形成された陽極電極３１及び陰極電極３２を、単一の振動子３７で振動させる。振動子３７は、例えば、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の振動数の振動を陽極電極３１及び陰極電極３２に与えるのが好ましい。第３実施形態の電解装置についても、第２実施形態の電解装置と同様に、振動数制御部により振動子３７の振動数を変更することにより、陽極電極３１及び陰極電極３２による酸素及び水素の生成量を変化させることができる。第３実施形態の電解装置によれば、陽極電極３１及び陰極電極３２を一体に形成して単一の振動子３７で振動させるので、これら陽極電極３１と陰極電極３２と振動子３７を収容する容器２を小型にでき、電解装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
上記各実施形態の電解装置で生成された水素は、燃料電池やコジェネレーションシステムや内燃機関等の種々の機器の燃料として用いることができる。また、上記各実施形態の電解装置は、分離器５により水素と酸素を分離して排出したが、水素と酸素を互いに混合された状態で排出し、混合状態の水素と酸素を燃料等として利用してもよい。
【００６８】
上記各実施形態において、電気分解の対象の水に、電解質を添加しなくても電気分解を行うことができるが、水素及び酸素の生成すべき量等に応じて電解質を添加してもよい。
【００６９】
また、循環路４には、供給管６を通して炭素微粒子と窒素の微細気泡を含む水を供給したが、炭素微粒子と窒素の微細気泡は、互いに異なる供給路を通じて容器２又は循環路４に供給してもよい。
【００７０】
また、容器２で生成された水素と酸素を混合状態で容器２から排出し、分離器５で分離したが、容器２内に水素と酸素の分離膜を配置し、水素と酸素を分離した状態で容器２から別個に排出してもよい。
【００７１】
また、水の電気分解により、オゾンや次亜塩素酸を生成してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電解装置
２ 容器
３ 電極
４ 循環路
５ 分離器
６ 供給管
７ 循環ポンプ
３１ 陽極電極
３２ 陰極電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電気分解を行って水素又は酸素を生成する電解方法及び電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水の電気分解を行って水素と酸素の気体を生成する電解装置として、箱体の内部をクランク状に区切って電流の通路を形成し、この通路を横切るように、中央に電極が設けられた仕切板を複数個配設し、両端の仕切板の電極間に電圧を印加するように構成されたものがある（特許文献１参照）。この電解装置は、約１００枚の仕切板の相互間に電解室を夫々形成することにより、小電流の通電により、大量の水素と酸素の混合気体が生成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６８５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電解装置は、約１００個の電極を備えるので部品点数が多く、構造が複雑であり、部品コストと組み立てコストが嵩む不都合がある。また、電極が劣化した場合に電極を交換する手間が大きいという不都合がある。また、約１００個の電極の間に電流を流すので、電力の抵抗損失が大きく、水素及び酸素の生成効率が悪いという問題がある。また、約１００個の電極の間に電解室を夫々形成するので、電解装置の小型化が難しいという不都合がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、少ない部品点数で効率的に酸素及び水素を生成でき、また、小型化を有効に行うことができる電解方法及び電解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の電解方法は、
水に炭素微粒子を添加する微粒子添加工程と、
上記炭素微粒子が添加された水を電気分解する電解工程と
を備えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、水に炭素微粒子を添加し、この炭素微粒子が添加された水を電気分解すると、電気分解の陰極と陽極の間で炭素微粒子が微小な電極として機能するので、従来のように多数の電極を設置しなくても、水の電気分解を効率的に行うことができる。したがって、この電解方法を行うための電解装置に関し、部品点数を削減でき、部品コストと組み立てコストを安価にできる。また、電極を交換する必要が生じても、電極の交換の手間を少なくできる。また、電極の数を少なくできるので、電極間に印加する電力の抵抗損失を少なくできる。さらに、電極間に印加する電位差が比較的小さくても、水中に分散する炭素微粒子の互いの間に、局所的に高い電位差が形成されるので、効率的に水素や酸素等を生成することができる。また、電極の数を削減できるので、効果的に小型化を行うことができる。
【０００８】
ここで、炭素微粒子とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有して炭素で形成された粒子をいう。
【０００９】
また、上記炭素微粒子は、電解を行う水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。
【００１０】
一実施形態の電解方法は、上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００１１】
上記実施形態によれば、水に直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子を添加することにより、この炭素微粒子が添加された水の電解効率を効果的に向上することができる。
【００１２】
ここで、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子として、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。
【００１３】
一実施形態の電解方法は、窒素を含む気体の微細気泡を上記水に供給する窒素供給工程を備える。
【００１４】
上記実施形態によれば、電気分解を行う水に、窒素を含む気体の微細気泡が供給されるので、この微細気泡により、電気分解により生成された水素や酸素等の防爆を行うことができる。また、窒素を含む気体の微細気泡は、電極の表面に付着し難いので、電極の表面に付着する気泡による電解効率の低下を防止できる。
【００１５】
ここで、窒素を含む気体とは、体積割合で５０％以上の窒素を含む気体をいう。また、微細気泡とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有する気泡をいう。
【００１６】
一実施形態の電解方法は、上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００１７】
上記実施形態によれば、窒素を含む気体は、その微細気泡の直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることにより、電気分解を行う水に安定して保持されるので、生成される水素や酸素等の防爆を安定して行うことができる。
【００１８】
本発明の電解装置は、水を保持する容器と、
上記水に接するように容器内に配置された陽極電極及び陰極電極と、
上記容器に水を循環させる循環路と、
上記循環路に水を供給する水供給部と、
上記循環路に、上記水に添加されるべき炭素微粒子を供給する炭素供給部と
を備えることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、陽極電極及び陰極電極が配置されて水の電気分解が行われる容器に、循環路を通して水が循環し、電気分解によって水が減少するに応じて、水供給部により水が供給される。また、上記水に添加されるべき炭素微粒子が、炭素供給部で循環路に供給される。なお、炭素供給部は、炭素微粒子を予め水に添加した状態で循環路に供給してもよく、また、炭素微粒子のみを循環路に供給してもよい。上記容器では、上記陽極電極と陰極電極に電力が印加され、陽極電極で酸化反応が進む一方、陰極電極で還元反応が進む。ここで、陽極電極と陰極電極の間に存在する水に添加されている炭素微粒子が微小な電極として機能するので、従来のように多数の電極を設置しなくても、水の電気分解を効率的に行うことができる。したがって、この電解装置は、従来の電解装置よりも部品点数を削減でき、部品コストと組み立てコストを安価にできる。また、電極を交換する必要が生じても、交換の手間を少なくできる。また、電極の数を少なくできるので、電極間に印加する電力の抵抗損失を少なくできる。さらに、電極間に印加する電位差が比較的少なくても、水中に分散する炭素微粒子の互いの間に、局所的に高い電位差が形成されるので、効率的に水素及び酸素を生成することができる。また、電極の数を削減できるので、効果的に小型化を行うことができる。
【００２０】
ここで、炭素微粒子とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有して炭素で形成された粒子をいう。
【００２１】
また、上記炭素微粒子は、電解を行う水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。
【００２２】
一実施形態の電解装置は、上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００２３】
上記実施形態によれば、水に直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子を添加することにより、この炭素微粒子が添加された水の電解効率を効果的に向上することができる。
【００２４】
ここで、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素微粒子として、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。
【００２５】
一実施形態の電解装置は、上記循環路に、窒素を含む気体の微細気泡を供給する窒素供給部を備える。
【００２６】
上記実施形態によれば、循環路を通る水に、窒素を含む気体の微細気泡が窒素供給部から供給され、この微細気泡が供給された水が容器に導かれて電気分解が行われる。この微細気泡に含まれる窒素により、電気分解により生成された水素又は酸素の防爆を行うことができる。また、窒素を含む気体の微細気泡は、電極の表面に付着し難いので、電極の表面に付着する気泡による電解効率の低下を防止できる。
【００２７】
ここで、窒素を含む気体とは、体積割合が５０％以上の窒素を含む気体をいう。また、微細気泡とは、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有する気泡をいう。
【００２８】
一実施形態の電解装置は、上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００２９】
上記実施形態によれば、窒素を含む気体は、その微細気泡の直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることにより、電気分解を行う水に安定して保持されるので、生成される水素及び酸素の防爆を安定して行うことができる。
【００３０】
一実施形態の電解装置は、上記陽極電極及び陰極電極の少なくとも一方を振動させる振動部を備える。
【００３１】
上記実施形態によれば、振動部により、陽極電極及び陰極電極の少なくとも一方に振動が与えられることにより、電極における電解反応を促進し、水素又は酸素の生成量を増大することができる。ここで、振動部により電極に与える振動数を変更することにより、電極における水素又は酸素の生成量を調節することができる。
【００３２】
一実施形態の電解装置は、上記陽極電極及び陰極電極は、表面に炭素微粒子が設けられている。
【００３３】
上記実施形態によれば、陽極電極及び陰極電極の表面に設けられた炭素微粒子により、電極の表面を平滑に形成した場合よりも、水素及び酸素の生成効率を増大させることができる。ここで、上記炭素微粒子は、１ｎｍ以上５０μｍ以下の直径を有して炭素で形成された粒子をいい、好ましくは、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態の電解装置を示す模式図である。
【図２】窒素の微細気泡を含む水を生成する微細化混合装置を示す模式図である。
【図３】第２実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。
【図４】第３実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
第１実施形態の電解装置１は、水を電気分解して水素と酸素を生成する装置であり、図１に示すように、電気分解の対象である水を保持すると共に電極３が内部に設けられた容器２と、容器２に水を循環させる循環路４を備える。循環路４には、容器２から水が排出される側から順に、循環する水から水素と酸素を分離して取り出す分離器５と、炭素微粒子と窒素の微細気泡を含む水を供給する供給管６と、水を循環させる循環ポンプ７が介設されている。
【００３７】
容器２は、水が流入する流入口２１を下端に有すると共に、水と共に水素及び酸素が排出される排出口２２を上端に有する。流入口２１に連なる容器２の下部の内壁面は、下端から上方に向かって幅が拡大する形状を有し、容器２の上下方向の中央部に幅方向に配列された複数の電極３１，３２，３３の間に水を分散して導くように形成されている。排出口２２に連なる容器２の上部の内壁面は、上端から下方に向かって幅が拡大する形状を有し、複数の電極３１，３２，３３の間から水と気体を集めて排出口２２に導くように形成されている。
【００３８】
容器２の上下方向の中央に設けられた電極３は、容器２の対抗する内側面に夫々配置された陽極電極３１及び陰極電極３２と、これら陽極電極３１と陰極電極３２の間に配置された３つの中間電極３３、３３、３３で構成されている。なお、中間電極３３の数は、３つ以外でもよく、また、中間電極３３は必ずしも設けなくてよい。各電極３１，３２，３３は、炭素材料で形成された板状体であり、互いに平行に配置されている。陽極電極３１と陰極電極３２の中間電極３３に臨む表面と、中間電極３３の両面には、炭素微粒子が担持されている。炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素の粒子で形成され、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。なお、各電極３１，３２，３３は、金属材料で形成された板状体の表面に炭素微粒子を担持させて形成してもよく、また、炭素微粒子をコンパウンドした樹脂を板状に成形し、表面に炭素微粒子を露出させて形成してもよい。
【００３９】
循環路４は、容器２の排出口２２と分離器５の入口との間を接続する排出管４１と、分離器５の水の出口と循環ポンプ７の吸入口との間を接続する吸入管４２と、循環ポンプ７の吐出口と容器２の流入口２１との間を接続する流入管４３とで構成されている。
【００４０】
分離器５には、容器２から排出された混合状態の水素及び酸素と水が、排出管４１を通して導かれる。この分離器５は、導かれた水と水素及び酸素とを分離し、さらに、水素と酸素とを分離して個別に排出するように形成されている。分離器５は、水素と酸素を分離する分離膜を内蔵し、これにより、容器２内で生成されて混合状態で排出された水素と酸素を分離する。分離膜は、ゼオライト等のセラミック多孔体や、パラジウム等の金属や、合成樹脂の公知の材料を用いて形成することができる。
【００４１】
供給管６は、循環路４の吸入管４２に接続されている。電解装置１を動作する前に、炭素微粒子と窒素の微細気泡とを含む水が、供給管６から吸入管４２に供給されて、循環路４と容器２の中に満たされる。また、電解装置１の動作に伴い、容器２と循環路４の中の水が減少すると、炭素微粒子又は窒素の微細気泡が適宜混合された水が、供給管６を通して循環路４と容器２に追加される。供給管６から循環路４と容器２に供給される水の量は、バルブ６２が制御されて調整される。この供給管６は、炭素微粒子を含んだ水を循環路４に供給するとき、水供給部及び炭素供給部として機能し、窒素の微細気泡を含む水を循環路４に供給するとき、窒素供給部として機能する。
【００４２】
水に添加されて循環路４と容器２の中に供給される炭素微粒子は、直径が１ｎｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の炭素の粒子で形成され、水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。炭素微粒子は、公知のナノカーボン粉末を用いることができる。
【００４３】
供給管６を通して吸入管４２に供給され、窒素の微細気泡を含む水は、図２に示す微細化混合装置１１によって生成される。
【００４４】
微細化混合装置１１は、ケーシング１２内に、微細化ブロック１３を収容して構成される。微細化ブロック１３は、ステンレス鋼で構成され、先端が互いに連通する概ね円錐状の２つの旋回室１４と、２つの旋回室１４の連通位置からブロックの底面に向かって延びる排出路１５が内部に形成されている。２つの旋回室１４の間に挟まれた排出路１５の部分は、窒素を含んだ水の旋回流が衝突する衝突室となっている。
【００４５】
ケーシング１２は、水供給管１２ａを通して外部から水が供給され、この供給された水を、ケーシング１２と微細化ブロック１３との間に所定の圧力が付与された状態で保持して、微細化ブロック１３内に導くように構成されている。
【００４６】
微細化ブロック１３に形成された２つの旋回室１４は、中心軸が略一直線上に配置され、これら２つの旋回室１４の中心軸と直行する方向に、排出路１５が延在している。概ね円錐状の旋回室１４の側面には、排出路１５から遠い位置に、ケーシング１２内と連通する導入路１６が夫々形成されている。導入路１６は、円錐状の側面に接するように、旋回室１４に連通している。また、旋回室１４の端面には、ケーシング１２の外部から窒素が供給される窒素供給管１７が連通している。微細化ブロック１３の排出路１５は、ケーシング１２の外部に連なる排出管１２ｂに接続されている。
【００４７】
この微細化混合装置１１は、次のようにして窒素の微細気泡を含んだ水を生成する。まず、図示しないポンプにより、水を細化混合装置１１へ圧送する。ポンプにより微細化混合装置１１に圧送される水の流量は、水供給管１２ａにおいて１Ｌ／ｍｉｎ以上５０Ｌ／ｍｉｎ以下であり、かつ、圧力は、０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下であるのが好ましい。特に好ましくは、水供給管１２ａでの水の圧力が０．５ＭＰａ以上５ＭＰａである。
【００４８】
水供給管１２ａからケーシング１２内に供給された水は、ポンプによる圧送圧力に応じた圧力を呈してケーシング１２と微細化ブロック１３の間に保持され、導入路１６を通って微細化ブロック１３の２つの旋回室１４に夫々流入する。導入路１６が旋回室１４の側面に接して連通していることにより、導入路１６を通った水は、旋回室４内で旋回流を形成する。旋回室４内で形成される水の旋回流に、窒素供給管７を通して供給された窒素が混合される。水と窒素の混合割合は、例えば水が０．８Ｌ／ｍｉｎ以上４０Ｌ／ｍｉｎ以下であり、窒素が０．２Ｌ／ｍｉｎ以上１０Ｌ／ｍｉｎ以下の割合に設定することができる。
【００４９】
微細化ブロック１３の旋回室１４で窒素が混合された水の旋回流は、略円錐形の旋回室１４内を先端側に流れ、排出路５内の衝突室に吐出される。２つの旋回室１４，１４から吐出された水の旋回流が、衝突室で衝突することにより、水に混合していた窒素の泡が破壊され、微細化されて、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍの微細気泡となる。こうして、窒素の微細気泡が混合及び分散された水は、排出路１５と排出管１２ｂを通って矢印Ｗで示すようにケーシング１２外に排出され、供給管６に導かれる。
【００５０】
供給管６から窒素の微細気泡を混合すると共に炭素微粒子を添加した水を吸入管４２に供給する場合、上記微細化混合装置１１で水に窒素の微細気泡を混合した後、炭素微粒子を添加して吸入管４２に供給してもよく、また、水に炭素微粒子を添加した後、この水を微細化混合装置１１に導入して窒素の微細気泡を混合し、吸入管４２に供給してもよい。
【００５１】
なお、本実施形態では、微細化混合装置１１で水に混合する微細気泡は、実質的に窒素のみの微細気泡であるが、体積割合で５０％以上の窒素を含む気体の微細気泡であってもよい。
【００５２】
循環ポンプ７は、吸入管４２の水を吸入して流入管４３に圧送する。循環ポンプ７により、容器２と循環路４の間に水を循環させて、容器２から水と共に水素及び酸素を排出すると共に、必要に応じて供給管６から供給された窒素の微細気泡及び炭素微粒子を含む水を容器２に供給する。
【００５３】
上記構成の電解装置１は、次のように動作する。
【００５４】
まず、窒素の微細気泡を混合すると共に炭素微粒子を添加した水を供給管６から循環路４の吸入管４２に供給し、循環ポンプ７を作動させて容器２に水を送り、容器２と循環路４内を、窒素の微細気泡と炭素微粒子を含む水で満たす。容器２と循環路４内の水に添加する炭素微粒子は、水に対して１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下の割合とし、好ましくは、３０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の割合とする。
【００５５】
続いて、陽極電極３１と陰極電極３２に電力を供給し、水の電気分解を行う。すなわち、陽極電極３１を通じて水から電子を奪い、酸化反応により酸素を生成する。一方、陰極電極３２を通じて水に電子を供給し、還元反応により水素を生成する。ここで、陽極電極３１と陰極電極３２と３つの中間電極３３の相互間に、炭素微粒子を含む水が存在するので、炭素微粒子を含まない場合よりも高い効率で水を電気分解でき、水素及び酸素を効率的に生成することができる。
【００５６】
陽極電極３１と陰極電極３２の間で生成された水素及び酸素は、容器２内の上部に浮上し、循環ポンプ７による水の流れにより、容器２の排出口２２から排出されて排出管４１を通り、分離器５に導かれる。分離器５に内蔵された分離膜により、水素と酸素が、水から夫々分離されて個別に排出される。水素と酸素が分離された水は、分離器５の出口から排出され、吸入管４２を通って循環ポンプ７に吸入され、循環ポンプ７により流入管４３へ圧送される。流入管４３に圧送された水は、流入口２１から容器２内に流入する。
【００５７】
容器２内で電気分解により水素及び酸素が生成され、分離器５で分離される間、水素と酸素は互いに混合した状態であるが、容器２及び循環路４内の水に窒素の微細気泡が混合されているので、水素と酸素が爆発的に反応する不都合を防止できる。また、水素と酸素の防爆を行う窒素は微細気泡であり、電極３の表面に付着し難いので、電極３の表面に気泡が付着して水の電解効率が低下する不都合を防止できる。また、窒素の微細気泡は、水中に長期に渡って安定して保持されるので、防爆効果を長期にわたって奏することができる。
【００５８】
容器２内での電気分解と、分離器５による水素及び酸素の分離により、容器２及び循環路４内の水の量が減少すると、バルブ６２が開き制御されて水が補給される。このとき、容器２及び循環路４内に残存する炭素微粒子及び窒素の微細気泡の量に応じて、炭素微粒子及び窒素の微細気泡を適宜補充してもよい。
【００５９】
このようにして、容器２内の水が、排出管４１と吸入管４２と流入管４３とで形成された循環路４を循環して容器２に戻される過程で、電気分解により生成された水素及び酸素が回収され、また、必要に応じて水と炭素微粒子と窒素の微細気泡が補充される。
【００６０】
このように、本実施形態の電解装置１によれば、電気分解の対象である水に炭素微粒子を添加したので、従来のように多数の電極を設置しなくても、水の電気分解を効率的に行うことができる。したがって、従来の電解装置よりも部品点数を削減でき、部品コストと組み立てコストを安価にできる。また、電極３を交換する必要が生じても、電極３の交換の手間を少なくできる。また、電極３の数を少なくできるので、各電極３１，３２間に印加する電力の抵抗損失を少なくできる。さらに、電極３１，３２間に印加する電位差が比較的小さくても、水中に分散する炭素微粒子の互いの間に、局所的に高い電位の勾配が形成されるので、効率的に水素及び酸素を生成することができる。また、電極３の数を削減できるので、効果的に小型化を行うことができる。
【００６１】
図３は、本発明の第２実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。第２実施形態の電解装置は、容器２内の陽極電極３１及び陰極電極３２に、これら陽極電極３１及び陰極電極３２を振動させる振動部としての振動子３４，３５が夫々設けられている。第２実施形態の電解装置は、陽極電極３１及び陰極電極３２に振動子３４，３５を設けた以外は、第１実施形態の電解装置１と実質的に同様の構成を有する。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。
【００６２】
第２実施形態の電解装置は、水の電気分解を行う際、陽極電極３１及び陰極電極３２に電力を印加すると共に、振動子３４，３５によって陽極電極３１及び陰極電極３２を振動させる。振動子３４，３５は、例えば、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の振動数の振動を陽極電極３１及び陰極電極３２に与えるのが好ましい。さらに、陽極電極３１及び陰極電極３２に与える振動は、２００Ｈｚ以上４００Ｈｚ以下が好ましく、特に好ましいのは３００Ｈｚ前後である。
【００６３】
ここで、振動子３４，３５は、図示しない振動数制御部に接続され、この振動数制御部によって振動数が変更されるように構成するのが好ましい。振動子３４，３５の振動数を変更することにより、陽極電極３１及び陰極電極３２による酸素及び水素の生成量を変化させることができる。例えば、陽極電極３１と陰極電極３２との間の電位差が２４Ｖ、振動子３４，３５による振動を行わない条件において、毎分０．０２ｍｌの水素が発生する。これに対して、振動子３４，３５を作動させて２００Ｈｚ及び３００Ｈｚの振動数で陽極電極３１と陰極電極３２を法線方向に振動させると、水素の発生量が毎分０．０８ｍｌ及び毎分０．１ｍｌに増加することが確認された。
【００６４】
なお、第２実施形態において、陽極電極３１及び陰極電極３２に振動子３４，３５を夫々設けたが、陽極電極３１及び陰極電極３２のいずれか一方のみに振動子を設けてもよい。
【００６５】
図４は、本発明の第３実施形態の電解装置の一部を示す模式図である。第３実施形態の電解装置は、容器２内の陽極電極３１及び陰極電極３２を、絶縁体３６を挟持させて一体に形成し、この一体に形成した陽極電極３１と絶縁体３６と陰極電極３２の下端に振動子３７を設け、中間電極３３を削除した以外は、第１実施形態の電解装置１と実質的に同様の構成を有する。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。
【００６６】
第３実施形態の電解装置は、水の電気分解を行う際、陽極電極３１及び陰極電極３２に電力を印加すると共に、一体に形成された陽極電極３１及び陰極電極３２を、単一の振動子３７で振動させる。振動子３７は、例えば、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の振動数の振動を陽極電極３１及び陰極電極３２に与えるのが好ましい。第３実施形態の電解装置についても、第２実施形態の電解装置と同様に、振動数制御部により振動子３７の振動数を変更することにより、陽極電極３１及び陰極電極３２による酸素及び水素の生成量を変化させることができる。第３実施形態の電解装置によれば、陽極電極３１及び陰極電極３２を一体に形成して単一の振動子３７で振動させるので、これら陽極電極３１と陰極電極３２と振動子３７を収容する容器２を小型にでき、電解装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
上記各実施形態の電解装置で生成された水素は、燃料電池やコジェネレーションシステムや内燃機関等の種々の機器の燃料として用いることができる。また、上記各実施形態の電解装置は、分離器５により水素と酸素を分離して排出したが、水素と酸素を互いに混合された状態で排出し、混合状態の水素と酸素を燃料等として利用してもよい。
【００６８】
上記各実施形態において、電気分解の対象の水に、電解質を添加しなくても電気分解を行うことができるが、水素及び酸素の生成すべき量等に応じて電解質を添加してもよい。
【００６９】
また、循環路４には、供給管６を通して炭素微粒子と窒素の微細気泡を含む水を供給したが、炭素微粒子と窒素の微細気泡は、互いに異なる供給路を通じて容器２又は循環路４に供給してもよい。
【００７０】
また、容器２で生成された水素と酸素を混合状態で容器２から排出し、分離器５で分離したが、容器２内に水素と酸素の分離膜を配置し、水素と酸素を分離した状態で容器２から別個に排出してもよい。
【００７１】
また、水の電気分解により、オゾンや次亜塩素酸を生成してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電解装置
２ 容器
３ 電極
４ 循環路
５ 分離器
６ 供給管
７ 循環ポンプ
３１ 陽極電極
３２ 陰極電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に炭素微粒子を添加する微粒子添加工程と、
上記炭素微粒子が添加された水を電気分解する電解工程と
を備えることを特徴とする電解方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電解方法において、
上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解方法。
【請求項３】
請求項１に記載の電解方法において、
窒素を含む気体の微細気泡を上記水に供給する窒素供給工程を備えることを特徴とする電解方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電解方法において、
上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解方法。
【請求項５】
水を保持する容器と、
上記水に接するように容器内に配置された陽極電極及び陰極電極と、
上記容器に水を循環させる循環路と、
上記循環路に水を供給する水供給部と、
上記循環路に、上記水に添加されるべき炭素微粒子を供給する炭素供給部と
を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電解装置において、
上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電解装置において、
上記循環路に、窒素を含む気体の微細気泡を供給する窒素供給部を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電解装置において、
上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解装置。
【請求項９】
請求項５に記載の電解装置において、
上記陽極電極及び陰極電極の少なくとも一方を振動させる振動部を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の電解装置において、
上記陽極電極及び陰極電極は、表面に炭素微粒子が設けられていることを特徴とする電解装置。
【請求項１】
水に炭素微粒子を添加する微粒子添加工程と、
上記炭素微粒子が添加された水を電気分解する電解工程と
を備えることを特徴とする電解方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電解方法において、
上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解方法。
【請求項３】
請求項１に記載の電解方法において、
窒素を含む気体の微細気泡を上記水に供給する窒素供給工程を備えることを特徴とする電解方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電解方法において、
上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解方法。
【請求項５】
水を保持する容器と、
上記水に接するように容器内に配置された陽極電極及び陰極電極と、
上記容器に水を循環させる循環路と、
上記循環路に水を供給する水供給部と、
上記循環路に、上記水に添加されるべき炭素微粒子を供給する炭素供給部と
を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電解装置において、
上記炭素微粒子は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解装置。
【請求項７】
請求項５に記載の電解装置において、
上記循環路に、窒素を含む気体の微細気泡を供給する窒素供給部を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電解装置において、
上記微細気泡は、直径が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする電解装置。
【請求項９】
請求項５に記載の電解装置において、
上記陽極電極及び陰極電極の少なくとも一方を振動させる振動部を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の電解装置において、
上記陽極電極及び陰極電極は、表面に炭素微粒子が設けられていることを特徴とする電解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２１４１１９（Ｐ２０１１−２１４１１９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５５５４（Ｐ２０１０−８５５５４）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【Ｆターム（参考）】
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