電解装置、水素の製造方法、水素、内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システム
【課題】水蒸気の含有割合が抑えられた水素を製造するための電解装置、水素の製造方法、水素を提供する。
【解決手段】電解装置１０は、陰極２２が設けられた陰極室２０と、陽極３２が設けられた陽極室３０と、陰極室２０と陽極室３０とを隔てる隔膜４０と、陰極室２０内に設けられた水蒸気を捕捉する第１の水蒸気捕捉部５０と、第１の水蒸気捕捉部５０を通過した水素を排出する水素排出部５６と、を含み、第１の水蒸気捕捉部５０は、１つ又は複数の第１の管状体を含んで構成され、第１の管状体は、管路に水を導入するための第１の導入口と、管路から陰極室２０に水を排出するための第１の排出孔とを含む。
【解決手段】電解装置１０は、陰極２２が設けられた陰極室２０と、陽極３２が設けられた陽極室３０と、陰極室２０と陽極室３０とを隔てる隔膜４０と、陰極室２０内に設けられた水蒸気を捕捉する第１の水蒸気捕捉部５０と、第１の水蒸気捕捉部５０を通過した水素を排出する水素排出部５６と、を含み、第１の水蒸気捕捉部５０は、１つ又は複数の第１の管状体を含んで構成され、第１の管状体は、管路に水を導入するための第１の導入口と、管路から陰極室２０に水を排出するための第１の排出孔とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電解するための電解装置、水素の製造方法、水素、内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解装置を利用して水素を発生させる技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術は、水を電気分解することで、陰極室で水素を発生させ、した水素を発生させる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を製造するための電解装置、水素の製造方法、水素を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を利用した内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の電解装置は、
陰極が設けられた陰極室と、
陽極が設けられた陽極室と、
前記陰極室と前記陽極室とを隔てる隔膜と、
前記陰極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第１の水蒸気捕捉部と、
前記第１の水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記第１の水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の第１の管状体を含んで構成され、
前記第１の管状体は、管路に水を導入するための第１の導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための第１の排出孔とを含む。
【０００７】
本発明において、水素を生成する際に、電解質水溶液は一般的に５０℃以上に上昇し、電解質水溶液の水が蒸発して水蒸気が発生するが、燃料電池などでは水分は燃料電池の劣化を促進する。本発明の電解装置においては、第１の管状体に水を流すことで、水蒸気の少なくとも一部は、第１の水蒸気捕捉部で冷却され、結露し、水滴として電解質水溶液に戻ることとなる。したがって、得られる水素において、水蒸気の含有割合を抑えることができる。
【０００８】
また、電気分解において水が消耗されることとなるが、本発明の電解装置では、第１の水蒸気捕捉部の管状体により水を供給すると共に、その水が冷却水となり水蒸気を結露させ、結露した水は陰極室の電解質水溶液に戻している。したがって、第１の水蒸気捕捉部にて水を供給しているため、別途に水の供給部を設ける必要がない。
【０００９】
本発明において、前記第１の管状体は、一端に前記第１の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、前記第１の排出孔は、前記第１の管状体の側壁に設けられていることができる。
【００１０】
これによれば、第１の管状体の端部に水を供給するための供給管を接続することができるので、接続が容易となる。また、第１の排出孔が側壁にあることで、第１の管状体の管路の途中で、水を順次排出することができ、むらなく電極室内に水を供給することができる。
【００１１】
本発明において、前記第１の水蒸気捕捉部は、複数の前記第１の管状体が束状となって構成され、前記第１の管状体は、その管径が５０〜１５０μｍとすることができる。
【００１２】
これによれば、第１の管状体同士の隙間を抑えることができ、水蒸気を逃が難い構造となる。
【００１３】
本発明において、前記陽極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第２の水蒸気捕捉部と、
前記第２の水蒸気捕捉部を通過した酸素を収容する酸素収容部と、を含み、
前記第２の気液分離体は、１つ又は複数の第２の管状体を含んで構成され、
前記第２の管状体は、管路に水を導入するための第２の導入口と、管路から前記陽極室に水を排出するための第２の排出孔とを含むことができる。
【００１４】
本発明において、酸素を生成する際に、第２の管状体に水を流すことで、水蒸気の少なくとも一部は、第２の水蒸気捕捉部で冷却され、結露し、水滴として電解質水溶液に戻ることとなる。したがって、得られる酸素において、水蒸気の含有割合を抑えることができる。
【００１５】
また、電気分解において水が消耗されることとなるが、本発明の電解装置では、第２の水蒸気捕捉部の管状体により水を供給すると共に、その水が冷却水となり水蒸気を結露させ、結露した水は陰極室の電解質水溶液に戻している。したがって、第１の水蒸気捕捉部と相まって第２の水蒸気捕捉部にて水を供給しているため、確実に水の供給を行うことができる。
【００１６】
本発明において、前記第２の管状体は、一端に前記第２の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、前記第２の排出孔は、前記第２の管状体の側壁に設けられていることができる。
【００１７】
これによれば、第２の管状体の端部に水を供給するための供給管を接続することができるので、接続が容易となる。また、第２の排出孔が側壁にあることで、第２の管状体の管路の途中で、水を順次排出することができ、むらなく電極室内に水を供給することができる。
【００１８】
本発明において、前記第２の水蒸気捕捉部は、複数の前記第２の管状体が束状となって構成され、前記第２の管状体は、その管径が５０μｍ〜１５０μｍとすることができる。
【００１９】
これによれば、第２の管状体同士の隙間を抑えることができ、水蒸気を逃が難い構造となる。
【００２０】
本発明の第２の電解装置は、
陽極および陰極が設けられた電解室と、
前記電解室内に設けられた水蒸気を捕捉する水蒸気捕捉部と、
前記水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の管状体を含んで構成され、
前記管状体は、管路に水を導入するための導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための排出孔とを含む。
【００２１】
本発明の第２の電解装置は、本発明の第１の電解装置と同様に、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を得ることができる。
【００２２】
本発明の水素の製造方法は、本発明の電解装置を利用して水素を製造する水素の製造方法であって、前記陰極室で生じた水蒸気を前記第１の水素捕捉部により捕捉する工程を含む。
【００２３】
本発明の水素の製造方法は、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を製造することができる。
【００２４】
本発明の水素は、本発明の水素の製造方法により得られた水素である。
【００２５】
本発明の電解装置は、内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る電解装置を模式的に示す図である。
【図２】第１の水蒸気捕捉部および第２の水蒸気捕捉部の設置例を模式的に示す図である。
【図３】管状体の束を模式的に示す図である。
【図４】第１の水蒸気捕捉部を模式的に示す図である。
【図５】第１の水蒸気捕捉部の機能の原理を模式的に示す図である。
【図６】第１の水蒸気捕捉部の固定例を模式的に示す図である。
【図７】第１の水蒸気捕捉部を模式的に示す図である。
【図８】第１の水蒸気捕捉部と水供給管の接続例を示す図である。
【図９】電解装置における水素および酸素の排出例を示す図である。
【図１０】陰極と陽極との大きさの違いによる効果を説明するための図である。
【図１１】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【図１２】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【図１３】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【図１４】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
１．電解装置
電解装置１０は、陰極室２０と陽極室３０と第１の隔膜４０とを含む。陰極室２０には陰極２２が設けられ、陽極室３０には陽極３２が設けられている。第１の隔膜４０は、陰極室２０と陽極室３０とを隔てている。第１の隔膜４０は、特に限定されないが、たとえば、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜や不織布からなることができる。
【００３０】
陰極室２０内には、図１および図２に示すように、第１の水蒸気捕捉部５０が設けられている。第１の水蒸気捕捉部５０は、電気分解により陰極室２０で生じた水蒸気を捕捉するためのものである。第１の水蒸気捕捉部５０は、陰極２２の上で、かつ、陰極室２０に貯められる電解質水溶液の水面より上に設けられている。第１の水蒸気捕捉部５０は、陰極室２０を仕切るように（陰極室２０に貯められる電解質水溶液の全体を覆うように）設けることができる。第１の水蒸気捕捉部５０は、陰極室２０に貯められる電解質水溶液の水面に対して、間隔を置いて設けられることができる。この間隔は、特に限定されるものではないが、たとえば５ｍｍ〜１５ｍｍとすることができる。
【００３１】
第１の水蒸気捕捉部５０は、図３に示すように、複数の管状体５２を含んで束となって構成することができる。管状体５２は、図４に示すように、管路に水を導入するための導入口５２ａと、管路から水を排出するための排出孔５２ｂとを含む。管状体５２は、たとえば、一端に導入口５２ａが設けられ、他端は封止され、管状体５２の側壁に排出孔５２ｂが設けられることができる。管状体５２の管径は、たとえば５０〜１５０μｍであることができる。管路の径は、たとえば、５〜１５μｍであることができる。管状体５２は、たとえば、中空糸が好適である。管状体５２の導入口５２ａから水が導入されることで、管状体５２に水蒸気が触れると、図５に示すように、その水が冷却水として作用し凝集して結露する。これにより、水蒸気を捕捉することができる。結露した水滴９２は、垂れて陰極室２０の水面９０に落ちることとなる。したがって、陰極室２０で発生した水素を採取する際に採取された気体中の水蒸気の含有割合を減らすことができる。第１の水蒸気捕捉部５０の厚さは、たとえば１０ｍｍとすることができる。第１の水蒸気捕捉部５０は、図６に示すように、束状になった複数の管状体を枠体５０ａに押し入れてもよい。
【００３２】
第１の水蒸気捕捉部は、図７に示すように、その端部において、複数の管状体５２を結束させるための結束部５０ａを設けることができる。また、第１の水蒸気捕捉部５０は、結束部５０ａの逆の端部において、接続部５８ａを介して水供管５８に接続されている。接続部５８ａはたとえば管状で伸縮が可能な弾性体（たとえばゴム）からなることができ、図８に示すように、第１の水蒸気捕捉部５０の開口側に接続部を接続して、水供給管５８と第１の水蒸気捕捉部５０とを接続することができる。水供給管５８から供給された水は、冷却水として機能すると共に、第１の水蒸気捕捉部５０の排出孔５２ｂを通じて、陰極室２０内に供給される。
【００３３】
陰極室２０内の第１の水蒸気捕捉部５０の上には、図９に示すように、水素収容室５４が設けられている。水素収容室５４には、水素排出管５６が接続されている。水素収容室５４に収容された水素は、水素排出管５６を通じて排出される。水素排出管５６には、気体を通して、液体を通さない第１の気液分離部５６ａを設けるとよい。これによれば、水素収容室５４まで電解質水溶液があふれ出しても、その電解質水溶液が水素排出管５６を通じて排出されるのを防ぐことができる。第１の気液分離部５６ａは、公知の気液分離膜などを適用することができ、たとえば、ゴアテックス（登録商標）などを適用することができる。
【００３４】
陽極室３０内にも、図１および図２に示すように、第２の水蒸気捕捉部６０を設けることができる。第２の水蒸気捕捉部６０は、電気分解により陽極室３０で生じた水蒸気を捕捉するためのものである。第２の水蒸気捕捉部６０は、陽極３２の上で、かつ、陽極室３０に貯められる電解質水溶液の水面より上に設けられている。第２の水蒸気捕捉部６０は、陽極室３０を仕切るように（陽極室３０に貯められる電解質水溶液の全体を覆うように）設けることができる。第２の水蒸気捕捉部６０は、陽極室３０に貯められる電解質水溶液の水面に対して、間隔を置いて設けられることができる。この間隔は、特に限定されるものではないが、たとえば５ｍｍ〜１５ｍｍとすることができる。
【００３５】
第２の水蒸気捕捉部６０の構成は第１の水蒸気捕捉部５０と同様の構成を取ることができる。すなわち、第２の水蒸気捕捉部６０は、複数の管状体を含んで構成されることでき、この管状体は、第１の水蒸気捕捉部６０の管状体で説明したものを適用することができる。第２の水蒸気捕捉部６０においても、管状体の導入口から水が導入されることで、管状体に水蒸気が触れると、その水が冷却水として作用し凝集して結露する。これにより、水蒸気を捕捉することができる。結露した水は、垂れて陽極室３０の水面に落ちることとなる。したがって、陽極室３０で発生した酸素を採取する際に採取された気体中の水蒸気の含有割合を減らすことができる。
【００３６】
第２の水蒸気捕捉部６０は、図２に示すように、水供給管６８と接続部６８ａにより接続されることができる。接続部６８ａは、第１の水蒸気捕捉部５０に接続される接続部５８ａと同様の態様を取ることができる。水供給管６８から供給された水は、冷却水として機能すると共に、第２の水蒸気捕捉部６０の排出孔を通じて、陰極室３０内に供給される。
【００３７】
陽極室３０内の第２の水蒸気捕捉部６０の上側には、図１に示すように、酸素収容室６４が設けられている。酸素収容室６４には、図９に示すように、酸素排出管６６が接続されている。酸素収容室６４に収容された酸素は、酸素排出管６６を通じて排出される。酸素排出管６６には、気体を通して、液体を通さない第２の気液分離部６６ａを設けるとよい。これによれば、酸素収容室６４まで電解質水溶液があふれ出しても、その電解質水溶液が酸素排出管６６を通じて排出されるのを防ぐことができる。第２の気液分離部６６ａは、公知の気液分離膜、たとえばゴアテックス（登録商標）などを適用することができる。
【００３８】
陰極２２および陽極３２の種類は、特に限定されないが、公知の電極を適用することができる。図１０に示すように、陰極２２の表面積は、陽極３２の表面積よりも大きくすることができる。これによれば、電解質水溶液と陰極２２との接触面積を大きくすることができるので、陰極２２における水素発生効率を高めることができる。陰極２２の表面積は、たとえば、陽極３２の表面積の２倍以上、好ましくは２〜５倍とすることができる。陰極２２および陽極３２は、網状又は多孔質状のものから構成することができる。これにより単位体積当たりの表面積を大きくすることができ、陰極２２および陽極３２の電解効率をより高めることができる。なお、陰極２２および陽極３２が網状又は多孔質状のものからなる場合には、次の関係式（１）を満たすようにすることで、陰極における水素発生効率をより高めることができる。
２≦Ｖ１／Ｖ２・・・（１）
Ｖ１＝陰極の縦の長さ×陰極の横の長さ×陰極の厚さ
Ｖ２＝陽極の縦の長さ×陽極の横の長さ×陽極の厚さ
なお、Ｖ１／Ｖ２の上限値は、求める電解効率により異なるが、たとえば５以下とすることができる。
【００３９】
陰極２２は直流電源８０の−側に接続され、陽極３２は直流電源８０の＋側に接続されている。直流電源８０は、その電圧や電流を任意に設定できる構成になっている。直流電源８０は、たとえば、電圧は１．３〜２４ボルト程度の範囲で任意に選択でき、電流についても３〜１０アンペアの範囲で適宜選択して設定することができるものとすることができる。陰極２２および陽極３２は、網目状の電極や、たとえば１．５ｍｍ前後でパンチング穴加工した電極などからなることができる。なお、パンチング加工した電極は、パンチングで取り除いた面積と電極として使用される面積とがたとえば５０％程度になるようにすることができる。電極の材質は公知のものを適用することができる。
【００４０】
直流電源８０には、家庭用の電源の電気を適用できると共に、風力発電や太陽光発電により生じた電気を使用することができる。
【００４１】
陰極室２０および陽極室３０内の電解質水溶液に電解質を加えるため、図１に示すように、その電解質水溶液を電解質供給源７０に供給して、電解質が加えられた電解質水溶液を陰極室２０および陽極室３０に還流させてもよい。電解質供給源７０には、電解質と飽和電解質水溶液が貯留されており、電解質水溶液が電解質供給源を通過することで、水の電解質濃度が高まる。
【００４２】
陰極室２０および陽極室３０の下には、電解質水溶液収容室７２を設けることができる。電解質水溶液は、電解質水溶液収容室７２を通じて陰極室２０および陽極室３０から電解質供給源７０に供給されると共に、電解質供給源７０から還流してきた電解質水溶液は電解質水溶液収容室７２を通じて陰極室２０および陽極室３０に供給される。電解質供給源７０からの電解質水溶液は、ポンプ７４を通じて電解質水溶液収容室７２に供給することができる。電解質としては、たとえば、水酸化物（水酸化ナトリウムなど）が好適である。塩化物でなく水酸化物であることにより、塩素ガスが陽極室３０で発生するのを防ぐことができる。
電解質水溶液収容室７２は、陰極室２０および陽極室３０と第２の隔膜４２により隔てることができる。第２の隔膜４２は、たとえば、不織布などからなることができる。
【００４３】
電解装置１０には、水位計８２を設けてもよい。水位計８２で計測された水位に基づき、水の供給量を制御することができる。
【００４４】
２．動作
次に、電解装置１０の動作を説明する。
【００４５】
まず、陰極室２０と陽極室３０にそれぞれ電解室水溶液を加える。水の水位は、たとえば、陰極室２０および陽極室３０の高さの半分程度とすることができる。陽極２２と陰極３２の間に電位を印加し、電気分解を行う。たとえば、電気分解時の電圧は、３〜２４Ｖとし、電流は電極の大きさにより異なるが３Ａまたはそれ以上の電流とする。特に、陰極室２０に供給される水１リットル当たり数万クーロンとなるようにすると、陰極２２にスケールが付き難くなる。陽極２２と陰極３２との間に電位を印加すると、陰極室２０では水素が発生し、陽極室３０では酸素が発生する。
【００４６】
また、水供給管５８により、第１の水蒸気捕捉部５０に水（たとえば常温の水）を流し、管状体５２の排出孔５２ｂから水を陰極室２０に供給する。同様に、水排出管６８から供給された水は、第２の水蒸気捕捉部６０の排出孔から水（たとえば常温の水）を陽極室３０に供給する。
【００４７】
陰極室２０において、水素を含む気体は、第１の水蒸気捕捉部５０にて水蒸気の一部又は全部が結露して捕捉され、その結露した水は陰極室２０に戻ることとなる。水素は、第１の水蒸気捕捉部５０を通過し、水素収容室５４を経て、水素排出管５６から排出される。
【００４８】
陽極室３０において、酸素を含む気体は、第２の水蒸気捕捉部６０にて水蒸気の一部又は全部が結露して捕捉され、その結露した水は陽極室３０に戻ることとなる。酸素は、第２の水蒸気捕捉部６０を通過し、酸素収容室６４を経て、酸素排出管６６から排出される。
【００４９】
電解質水溶液は、電解質供給源７０に供給され、ポンプ７４を通じて陰極室２０および陽極室３０に還流されることとなる。
【００５０】
３．作用効果
次に、本実施の形態に係る電解装置の作用効果について説明する。
【００５１】
（１）水素を生成する際に、電解質水溶液は一般的に５０℃以上に上昇し、電解質水溶液の水が蒸発して水蒸気が発生するが、燃料電池などでは水分は燃料電池の劣化を促進する。実施の形態に係る電解装置１０においては、熱せられた水蒸気の一部は、水が流されている第１の水蒸気捕捉部５０で冷却され、結露し、水滴として電解質水溶液に戻ることとなる。したがって、得られる水素において、水蒸気の含有割合を抑えることができる。
【００５２】
（２）電気分解において水が消耗されることとなるが、実施の形態に係る電解装置１０では、第１の水蒸気捕捉部５０の管状体５２により水を供給すると共に、その水が冷却水となり水蒸気を結露させ、結露した水は陰極室２０の電解質水溶液に戻している。したがって、第１の水蒸気捕捉部５０にて水を供給しているため、別途に水の供給部を設ける必要がない。
【００５３】
（３）水素は、第１の水蒸気捕捉部５０を通ることとなるので、水素の温度を低くすることができるので、燃料電池の腐食を抑えることができる。
【００５４】
（４）電解質水溶液の温度が上昇しても、第１の水蒸気捕捉部５０から冷えた水が供給されることで、電解質水溶液に供給された水は、下に移動し、電解質の水溶液内において還流し冷却効果も高まる。
【００５５】
（５）第２の水蒸気捕捉部６０を設けることで、得られる酸素に含まれる水蒸気の含有割合を抑えることができる。第２の水蒸気捕捉部６０を設けることで、第２の水蒸気捕捉部６０を通じても水を陽極室３０に供給することができ、また、陽極室３０内の電解質水溶液を温度を下げることができる。
【００５６】
４．変形例
上記の実施の形態に係る電解装置１０は、たとえば次の変形が可能である。
【００５７】
（１）図１１に示すように、陰極室２０内に２つの陰極２２を設け、陰極室２０の両側に陽極室３０を設けることができる。陰極室２０内に第１の水蒸気捕捉部５０を設け、各陽極室３０内に第２の水蒸気捕捉部６０を設けることができる。
【００５８】
（２）図１２に示すように、陽極室３０の両側に、陰極室２０を設けることができる。各陽極室３０内に第２の水蒸気捕捉部６０を設け、陰極室２０に第１の水蒸気捕捉部５０を設けることができる。
【００５９】
（３）上記の実施の形態においては、陰極室と陽極室とを第１の隔膜で隔てた例を示したが、図１３に示すように、第１の隔膜がない１室型の電解装置であってもよい。しかし、この場合は、水素と酸素とは混合気体として得られることとなる。
【００６０】
（４）図１４に示すように、陰極室２０と陽極室３０との間に、電解質水溶液を収容した中間室９４が設けられた電解装置であってもよい。陰極室２０と中間室９４とは陽イオン交換膜９６により仕切られ、陽極室３０と中間室とは陰イオン交換膜９８により仕切ることができる。
【００６１】
（５）上記の実施の形態では、電解質水溶液を用いる例を示したが、純水であってもよい。
【００６２】
（６）第１および第２の水蒸気捕捉部は、１本の管状体を折りたたんで膜状にして構成させてもよい。
【００６３】
５．応用例
実施の形態に係る電解装置は、たとえば、内燃機関システム、燃焼システム、燃料電池システムに適用することができる。
【００６４】
内燃機関システムは、実施の形態に係る電解装置を含み、その電解装置で得られた水素を内燃機関の燃料として使用するものである。
【００６５】
燃焼システムは、実施の形態に係る電解装置を含み、その電解装置で得られた水素を燃焼装置の燃料として使用するものである。
【００６６】
燃料電池システムは、実施の形態に係る電解装置を含み、その電解装置で得られた水素を燃料電池に蓄える燃料として使用するものである。
【００６７】
これら応用例において、水素を酸素と反応させて得られた水を電解装置に還流させてもよい。
【００６８】
本実施の形態は、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の電解装置は、燃料電池などの燃料源に好適な水素の製造に適用が可能である。。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 電解装置
２０ 陰極室
２２ 陰極
３０ 陽極室
３２ 陽極
４０ 第１の隔膜
４２ 第２の隔膜
５０ 第１の水蒸気捕捉部
５０a 枠体
５２ 管状体
５２ａ 導入口
５２ｂ 排出孔
５４ 水素収容室
５６ 水素排出管
５６ａ 第１の気液分離膜
５８ 水供給管
５８ａ 接続体
６０ 第２の水蒸気捕捉部
６４ 酸素収容室
６６ 酸素排出管
６６ａ 第２の気液分離膜
７０ 電解質供給源
７２ 電解質水溶液収容室
７４ ポンプ
８０ 電源
８２ 水位計
８４ 枠体
９０ 水面
９２ 水滴
９４ 中間室
９６ 陽イオン交換膜
９８ 陰イオン交換膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電解するための電解装置、水素の製造方法、水素、内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解装置を利用して水素を発生させる技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術は、水を電気分解することで、陰極室で水素を発生させ、した水素を発生させる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を製造するための電解装置、水素の製造方法、水素を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を利用した内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の電解装置は、
陰極が設けられた陰極室と、
陽極が設けられた陽極室と、
前記陰極室と前記陽極室とを隔てる隔膜と、
前記陰極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第１の水蒸気捕捉部と、
前記第１の水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記第１の水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の第１の管状体を含んで構成され、
前記第１の管状体は、管路に水を導入するための第１の導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための第１の排出孔とを含む。
【０００７】
本発明において、水素を生成する際に、電解質水溶液は一般的に５０℃以上に上昇し、電解質水溶液の水が蒸発して水蒸気が発生するが、燃料電池などでは水分は燃料電池の劣化を促進する。本発明の電解装置においては、第１の管状体に水を流すことで、水蒸気の少なくとも一部は、第１の水蒸気捕捉部で冷却され、結露し、水滴として電解質水溶液に戻ることとなる。したがって、得られる水素において、水蒸気の含有割合を抑えることができる。
【０００８】
また、電気分解において水が消耗されることとなるが、本発明の電解装置では、第１の水蒸気捕捉部の管状体により水を供給すると共に、その水が冷却水となり水蒸気を結露させ、結露した水は陰極室の電解質水溶液に戻している。したがって、第１の水蒸気捕捉部にて水を供給しているため、別途に水の供給部を設ける必要がない。
【０００９】
本発明において、前記第１の管状体は、一端に前記第１の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、前記第１の排出孔は、前記第１の管状体の側壁に設けられていることができる。
【００１０】
これによれば、第１の管状体の端部に水を供給するための供給管を接続することができるので、接続が容易となる。また、第１の排出孔が側壁にあることで、第１の管状体の管路の途中で、水を順次排出することができ、むらなく電極室内に水を供給することができる。
【００１１】
本発明において、前記第１の水蒸気捕捉部は、複数の前記第１の管状体が束状となって構成され、前記第１の管状体は、その管径が５０〜１５０μｍとすることができる。
【００１２】
これによれば、第１の管状体同士の隙間を抑えることができ、水蒸気を逃が難い構造となる。
【００１３】
本発明において、前記陽極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第２の水蒸気捕捉部と、
前記第２の水蒸気捕捉部を通過した酸素を収容する酸素収容部と、を含み、
前記第２の気液分離体は、１つ又は複数の第２の管状体を含んで構成され、
前記第２の管状体は、管路に水を導入するための第２の導入口と、管路から前記陽極室に水を排出するための第２の排出孔とを含むことができる。
【００１４】
本発明において、酸素を生成する際に、第２の管状体に水を流すことで、水蒸気の少なくとも一部は、第２の水蒸気捕捉部で冷却され、結露し、水滴として電解質水溶液に戻ることとなる。したがって、得られる酸素において、水蒸気の含有割合を抑えることができる。
【００１５】
また、電気分解において水が消耗されることとなるが、本発明の電解装置では、第２の水蒸気捕捉部の管状体により水を供給すると共に、その水が冷却水となり水蒸気を結露させ、結露した水は陰極室の電解質水溶液に戻している。したがって、第１の水蒸気捕捉部と相まって第２の水蒸気捕捉部にて水を供給しているため、確実に水の供給を行うことができる。
【００１６】
本発明において、前記第２の管状体は、一端に前記第２の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、前記第２の排出孔は、前記第２の管状体の側壁に設けられていることができる。
【００１７】
これによれば、第２の管状体の端部に水を供給するための供給管を接続することができるので、接続が容易となる。また、第２の排出孔が側壁にあることで、第２の管状体の管路の途中で、水を順次排出することができ、むらなく電極室内に水を供給することができる。
【００１８】
本発明において、前記第２の水蒸気捕捉部は、複数の前記第２の管状体が束状となって構成され、前記第２の管状体は、その管径が５０μｍ〜１５０μｍとすることができる。
【００１９】
これによれば、第２の管状体同士の隙間を抑えることができ、水蒸気を逃が難い構造となる。
【００２０】
本発明の第２の電解装置は、
陽極および陰極が設けられた電解室と、
前記電解室内に設けられた水蒸気を捕捉する水蒸気捕捉部と、
前記水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の管状体を含んで構成され、
前記管状体は、管路に水を導入するための導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための排出孔とを含む。
【００２１】
本発明の第２の電解装置は、本発明の第１の電解装置と同様に、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を得ることができる。
【００２２】
本発明の水素の製造方法は、本発明の電解装置を利用して水素を製造する水素の製造方法であって、前記陰極室で生じた水蒸気を前記第１の水素捕捉部により捕捉する工程を含む。
【００２３】
本発明の水素の製造方法は、水蒸気の含有割合が抑えられた水素を製造することができる。
【００２４】
本発明の水素は、本発明の水素の製造方法により得られた水素である。
【００２５】
本発明の電解装置は、内燃機関システム、燃焼システムおよび燃料電池システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る電解装置を模式的に示す図である。
【図２】第１の水蒸気捕捉部および第２の水蒸気捕捉部の設置例を模式的に示す図である。
【図３】管状体の束を模式的に示す図である。
【図４】第１の水蒸気捕捉部を模式的に示す図である。
【図５】第１の水蒸気捕捉部の機能の原理を模式的に示す図である。
【図６】第１の水蒸気捕捉部の固定例を模式的に示す図である。
【図７】第１の水蒸気捕捉部を模式的に示す図である。
【図８】第１の水蒸気捕捉部と水供給管の接続例を示す図である。
【図９】電解装置における水素および酸素の排出例を示す図である。
【図１０】陰極と陽極との大きさの違いによる効果を説明するための図である。
【図１１】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【図１２】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【図１３】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【図１４】電解装置の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
１．電解装置
電解装置１０は、陰極室２０と陽極室３０と第１の隔膜４０とを含む。陰極室２０には陰極２２が設けられ、陽極室３０には陽極３２が設けられている。第１の隔膜４０は、陰極室２０と陽極室３０とを隔てている。第１の隔膜４０は、特に限定されないが、たとえば、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜や不織布からなることができる。
【００３０】
陰極室２０内には、図１および図２に示すように、第１の水蒸気捕捉部５０が設けられている。第１の水蒸気捕捉部５０は、電気分解により陰極室２０で生じた水蒸気を捕捉するためのものである。第１の水蒸気捕捉部５０は、陰極２２の上で、かつ、陰極室２０に貯められる電解質水溶液の水面より上に設けられている。第１の水蒸気捕捉部５０は、陰極室２０を仕切るように（陰極室２０に貯められる電解質水溶液の全体を覆うように）設けることができる。第１の水蒸気捕捉部５０は、陰極室２０に貯められる電解質水溶液の水面に対して、間隔を置いて設けられることができる。この間隔は、特に限定されるものではないが、たとえば５ｍｍ〜１５ｍｍとすることができる。
【００３１】
第１の水蒸気捕捉部５０は、図３に示すように、複数の管状体５２を含んで束となって構成することができる。管状体５２は、図４に示すように、管路に水を導入するための導入口５２ａと、管路から水を排出するための排出孔５２ｂとを含む。管状体５２は、たとえば、一端に導入口５２ａが設けられ、他端は封止され、管状体５２の側壁に排出孔５２ｂが設けられることができる。管状体５２の管径は、たとえば５０〜１５０μｍであることができる。管路の径は、たとえば、５〜１５μｍであることができる。管状体５２は、たとえば、中空糸が好適である。管状体５２の導入口５２ａから水が導入されることで、管状体５２に水蒸気が触れると、図５に示すように、その水が冷却水として作用し凝集して結露する。これにより、水蒸気を捕捉することができる。結露した水滴９２は、垂れて陰極室２０の水面９０に落ちることとなる。したがって、陰極室２０で発生した水素を採取する際に採取された気体中の水蒸気の含有割合を減らすことができる。第１の水蒸気捕捉部５０の厚さは、たとえば１０ｍｍとすることができる。第１の水蒸気捕捉部５０は、図６に示すように、束状になった複数の管状体を枠体５０ａに押し入れてもよい。
【００３２】
第１の水蒸気捕捉部は、図７に示すように、その端部において、複数の管状体５２を結束させるための結束部５０ａを設けることができる。また、第１の水蒸気捕捉部５０は、結束部５０ａの逆の端部において、接続部５８ａを介して水供管５８に接続されている。接続部５８ａはたとえば管状で伸縮が可能な弾性体（たとえばゴム）からなることができ、図８に示すように、第１の水蒸気捕捉部５０の開口側に接続部を接続して、水供給管５８と第１の水蒸気捕捉部５０とを接続することができる。水供給管５８から供給された水は、冷却水として機能すると共に、第１の水蒸気捕捉部５０の排出孔５２ｂを通じて、陰極室２０内に供給される。
【００３３】
陰極室２０内の第１の水蒸気捕捉部５０の上には、図９に示すように、水素収容室５４が設けられている。水素収容室５４には、水素排出管５６が接続されている。水素収容室５４に収容された水素は、水素排出管５６を通じて排出される。水素排出管５６には、気体を通して、液体を通さない第１の気液分離部５６ａを設けるとよい。これによれば、水素収容室５４まで電解質水溶液があふれ出しても、その電解質水溶液が水素排出管５６を通じて排出されるのを防ぐことができる。第１の気液分離部５６ａは、公知の気液分離膜などを適用することができ、たとえば、ゴアテックス（登録商標）などを適用することができる。
【００３４】
陽極室３０内にも、図１および図２に示すように、第２の水蒸気捕捉部６０を設けることができる。第２の水蒸気捕捉部６０は、電気分解により陽極室３０で生じた水蒸気を捕捉するためのものである。第２の水蒸気捕捉部６０は、陽極３２の上で、かつ、陽極室３０に貯められる電解質水溶液の水面より上に設けられている。第２の水蒸気捕捉部６０は、陽極室３０を仕切るように（陽極室３０に貯められる電解質水溶液の全体を覆うように）設けることができる。第２の水蒸気捕捉部６０は、陽極室３０に貯められる電解質水溶液の水面に対して、間隔を置いて設けられることができる。この間隔は、特に限定されるものではないが、たとえば５ｍｍ〜１５ｍｍとすることができる。
【００３５】
第２の水蒸気捕捉部６０の構成は第１の水蒸気捕捉部５０と同様の構成を取ることができる。すなわち、第２の水蒸気捕捉部６０は、複数の管状体を含んで構成されることでき、この管状体は、第１の水蒸気捕捉部６０の管状体で説明したものを適用することができる。第２の水蒸気捕捉部６０においても、管状体の導入口から水が導入されることで、管状体に水蒸気が触れると、その水が冷却水として作用し凝集して結露する。これにより、水蒸気を捕捉することができる。結露した水は、垂れて陽極室３０の水面に落ちることとなる。したがって、陽極室３０で発生した酸素を採取する際に採取された気体中の水蒸気の含有割合を減らすことができる。
【００３６】
第２の水蒸気捕捉部６０は、図２に示すように、水供給管６８と接続部６８ａにより接続されることができる。接続部６８ａは、第１の水蒸気捕捉部５０に接続される接続部５８ａと同様の態様を取ることができる。水供給管６８から供給された水は、冷却水として機能すると共に、第２の水蒸気捕捉部６０の排出孔を通じて、陰極室３０内に供給される。
【００３７】
陽極室３０内の第２の水蒸気捕捉部６０の上側には、図１に示すように、酸素収容室６４が設けられている。酸素収容室６４には、図９に示すように、酸素排出管６６が接続されている。酸素収容室６４に収容された酸素は、酸素排出管６６を通じて排出される。酸素排出管６６には、気体を通して、液体を通さない第２の気液分離部６６ａを設けるとよい。これによれば、酸素収容室６４まで電解質水溶液があふれ出しても、その電解質水溶液が酸素排出管６６を通じて排出されるのを防ぐことができる。第２の気液分離部６６ａは、公知の気液分離膜、たとえばゴアテックス（登録商標）などを適用することができる。
【００３８】
陰極２２および陽極３２の種類は、特に限定されないが、公知の電極を適用することができる。図１０に示すように、陰極２２の表面積は、陽極３２の表面積よりも大きくすることができる。これによれば、電解質水溶液と陰極２２との接触面積を大きくすることができるので、陰極２２における水素発生効率を高めることができる。陰極２２の表面積は、たとえば、陽極３２の表面積の２倍以上、好ましくは２〜５倍とすることができる。陰極２２および陽極３２は、網状又は多孔質状のものから構成することができる。これにより単位体積当たりの表面積を大きくすることができ、陰極２２および陽極３２の電解効率をより高めることができる。なお、陰極２２および陽極３２が網状又は多孔質状のものからなる場合には、次の関係式（１）を満たすようにすることで、陰極における水素発生効率をより高めることができる。
２≦Ｖ１／Ｖ２・・・（１）
Ｖ１＝陰極の縦の長さ×陰極の横の長さ×陰極の厚さ
Ｖ２＝陽極の縦の長さ×陽極の横の長さ×陽極の厚さ
なお、Ｖ１／Ｖ２の上限値は、求める電解効率により異なるが、たとえば５以下とすることができる。
【００３９】
陰極２２は直流電源８０の−側に接続され、陽極３２は直流電源８０の＋側に接続されている。直流電源８０は、その電圧や電流を任意に設定できる構成になっている。直流電源８０は、たとえば、電圧は１．３〜２４ボルト程度の範囲で任意に選択でき、電流についても３〜１０アンペアの範囲で適宜選択して設定することができるものとすることができる。陰極２２および陽極３２は、網目状の電極や、たとえば１．５ｍｍ前後でパンチング穴加工した電極などからなることができる。なお、パンチング加工した電極は、パンチングで取り除いた面積と電極として使用される面積とがたとえば５０％程度になるようにすることができる。電極の材質は公知のものを適用することができる。
【００４０】
直流電源８０には、家庭用の電源の電気を適用できると共に、風力発電や太陽光発電により生じた電気を使用することができる。
【００４１】
陰極室２０および陽極室３０内の電解質水溶液に電解質を加えるため、図１に示すように、その電解質水溶液を電解質供給源７０に供給して、電解質が加えられた電解質水溶液を陰極室２０および陽極室３０に還流させてもよい。電解質供給源７０には、電解質と飽和電解質水溶液が貯留されており、電解質水溶液が電解質供給源を通過することで、水の電解質濃度が高まる。
【００４２】
陰極室２０および陽極室３０の下には、電解質水溶液収容室７２を設けることができる。電解質水溶液は、電解質水溶液収容室７２を通じて陰極室２０および陽極室３０から電解質供給源７０に供給されると共に、電解質供給源７０から還流してきた電解質水溶液は電解質水溶液収容室７２を通じて陰極室２０および陽極室３０に供給される。電解質供給源７０からの電解質水溶液は、ポンプ７４を通じて電解質水溶液収容室７２に供給することができる。電解質としては、たとえば、水酸化物（水酸化ナトリウムなど）が好適である。塩化物でなく水酸化物であることにより、塩素ガスが陽極室３０で発生するのを防ぐことができる。
電解質水溶液収容室７２は、陰極室２０および陽極室３０と第２の隔膜４２により隔てることができる。第２の隔膜４２は、たとえば、不織布などからなることができる。
【００４３】
電解装置１０には、水位計８２を設けてもよい。水位計８２で計測された水位に基づき、水の供給量を制御することができる。
【００４４】
２．動作
次に、電解装置１０の動作を説明する。
【００４５】
まず、陰極室２０と陽極室３０にそれぞれ電解室水溶液を加える。水の水位は、たとえば、陰極室２０および陽極室３０の高さの半分程度とすることができる。陽極２２と陰極３２の間に電位を印加し、電気分解を行う。たとえば、電気分解時の電圧は、３〜２４Ｖとし、電流は電極の大きさにより異なるが３Ａまたはそれ以上の電流とする。特に、陰極室２０に供給される水１リットル当たり数万クーロンとなるようにすると、陰極２２にスケールが付き難くなる。陽極２２と陰極３２との間に電位を印加すると、陰極室２０では水素が発生し、陽極室３０では酸素が発生する。
【００４６】
また、水供給管５８により、第１の水蒸気捕捉部５０に水（たとえば常温の水）を流し、管状体５２の排出孔５２ｂから水を陰極室２０に供給する。同様に、水排出管６８から供給された水は、第２の水蒸気捕捉部６０の排出孔から水（たとえば常温の水）を陽極室３０に供給する。
【００４７】
陰極室２０において、水素を含む気体は、第１の水蒸気捕捉部５０にて水蒸気の一部又は全部が結露して捕捉され、その結露した水は陰極室２０に戻ることとなる。水素は、第１の水蒸気捕捉部５０を通過し、水素収容室５４を経て、水素排出管５６から排出される。
【００４８】
陽極室３０において、酸素を含む気体は、第２の水蒸気捕捉部６０にて水蒸気の一部又は全部が結露して捕捉され、その結露した水は陽極室３０に戻ることとなる。酸素は、第２の水蒸気捕捉部６０を通過し、酸素収容室６４を経て、酸素排出管６６から排出される。
【００４９】
電解質水溶液は、電解質供給源７０に供給され、ポンプ７４を通じて陰極室２０および陽極室３０に還流されることとなる。
【００５０】
３．作用効果
次に、本実施の形態に係る電解装置の作用効果について説明する。
【００５１】
（１）水素を生成する際に、電解質水溶液は一般的に５０℃以上に上昇し、電解質水溶液の水が蒸発して水蒸気が発生するが、燃料電池などでは水分は燃料電池の劣化を促進する。実施の形態に係る電解装置１０においては、熱せられた水蒸気の一部は、水が流されている第１の水蒸気捕捉部５０で冷却され、結露し、水滴として電解質水溶液に戻ることとなる。したがって、得られる水素において、水蒸気の含有割合を抑えることができる。
【００５２】
（２）電気分解において水が消耗されることとなるが、実施の形態に係る電解装置１０では、第１の水蒸気捕捉部５０の管状体５２により水を供給すると共に、その水が冷却水となり水蒸気を結露させ、結露した水は陰極室２０の電解質水溶液に戻している。したがって、第１の水蒸気捕捉部５０にて水を供給しているため、別途に水の供給部を設ける必要がない。
【００５３】
（３）水素は、第１の水蒸気捕捉部５０を通ることとなるので、水素の温度を低くすることができるので、燃料電池の腐食を抑えることができる。
【００５４】
（４）電解質水溶液の温度が上昇しても、第１の水蒸気捕捉部５０から冷えた水が供給されることで、電解質水溶液に供給された水は、下に移動し、電解質の水溶液内において還流し冷却効果も高まる。
【００５５】
（５）第２の水蒸気捕捉部６０を設けることで、得られる酸素に含まれる水蒸気の含有割合を抑えることができる。第２の水蒸気捕捉部６０を設けることで、第２の水蒸気捕捉部６０を通じても水を陽極室３０に供給することができ、また、陽極室３０内の電解質水溶液を温度を下げることができる。
【００５６】
４．変形例
上記の実施の形態に係る電解装置１０は、たとえば次の変形が可能である。
【００５７】
（１）図１１に示すように、陰極室２０内に２つの陰極２２を設け、陰極室２０の両側に陽極室３０を設けることができる。陰極室２０内に第１の水蒸気捕捉部５０を設け、各陽極室３０内に第２の水蒸気捕捉部６０を設けることができる。
【００５８】
（２）図１２に示すように、陽極室３０の両側に、陰極室２０を設けることができる。各陽極室３０内に第２の水蒸気捕捉部６０を設け、陰極室２０に第１の水蒸気捕捉部５０を設けることができる。
【００５９】
（３）上記の実施の形態においては、陰極室と陽極室とを第１の隔膜で隔てた例を示したが、図１３に示すように、第１の隔膜がない１室型の電解装置であってもよい。しかし、この場合は、水素と酸素とは混合気体として得られることとなる。
【００６０】
（４）図１４に示すように、陰極室２０と陽極室３０との間に、電解質水溶液を収容した中間室９４が設けられた電解装置であってもよい。陰極室２０と中間室９４とは陽イオン交換膜９６により仕切られ、陽極室３０と中間室とは陰イオン交換膜９８により仕切ることができる。
【００６１】
（５）上記の実施の形態では、電解質水溶液を用いる例を示したが、純水であってもよい。
【００６２】
（６）第１および第２の水蒸気捕捉部は、１本の管状体を折りたたんで膜状にして構成させてもよい。
【００６３】
５．応用例
実施の形態に係る電解装置は、たとえば、内燃機関システム、燃焼システム、燃料電池システムに適用することができる。
【００６４】
内燃機関システムは、実施の形態に係る電解装置を含み、その電解装置で得られた水素を内燃機関の燃料として使用するものである。
【００６５】
燃焼システムは、実施の形態に係る電解装置を含み、その電解装置で得られた水素を燃焼装置の燃料として使用するものである。
【００６６】
燃料電池システムは、実施の形態に係る電解装置を含み、その電解装置で得られた水素を燃料電池に蓄える燃料として使用するものである。
【００６７】
これら応用例において、水素を酸素と反応させて得られた水を電解装置に還流させてもよい。
【００６８】
本実施の形態は、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の電解装置は、燃料電池などの燃料源に好適な水素の製造に適用が可能である。。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 電解装置
２０ 陰極室
２２ 陰極
３０ 陽極室
３２ 陽極
４０ 第１の隔膜
４２ 第２の隔膜
５０ 第１の水蒸気捕捉部
５０a 枠体
５２ 管状体
５２ａ 導入口
５２ｂ 排出孔
５４ 水素収容室
５６ 水素排出管
５６ａ 第１の気液分離膜
５８ 水供給管
５８ａ 接続体
６０ 第２の水蒸気捕捉部
６４ 酸素収容室
６６ 酸素排出管
６６ａ 第２の気液分離膜
７０ 電解質供給源
７２ 電解質水溶液収容室
７４ ポンプ
８０ 電源
８２ 水位計
８４ 枠体
９０ 水面
９２ 水滴
９４ 中間室
９６ 陽イオン交換膜
９８ 陰イオン交換膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極が設けられた陰極室と、
陽極が設けられた陽極室と、
前記陰極室と前記陽極室とを隔てる隔膜と、
前記陰極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第１の水蒸気捕捉部と、
前記第１の水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記第１の水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の第１の管状体を含んで構成され、
前記第１の管状体は、管路に水を導入するための第１の導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための第１の排出孔とを含む電解装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の管状体は、一端に前記第１の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、
前記第１の排出孔は、前記第１の管状体の側壁に設けられている電解装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の水蒸気捕捉部は、複数の前記第１の管状体が束状となって構成され、
前記第１の管状体は、その管径が５０〜１５０μｍである電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記陽極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第２の水蒸気捕捉部と、
前記第２の水蒸気捕捉部を通過した酸素を収容する酸素収容部と、を含み、
前記第２の気液分離体は、１つ又は複数の第２の管状体を含んで構成され、
前記第２の管状体は、管路に水を導入するための第２の導入口と、管路から前記陽極室に水を排出するための第２の排出孔とを含む電解装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第２の管状体は、一端に前記第２の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、
前記第２の排出孔は、前記第２の管状体の側壁に設けられている電解装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第２の水蒸気捕捉部は、複数の前記第２の管状体が束状となって構成され、
前記第２の管状体は、その管径が５０μｍ〜１５０μｍである電解装置。
【請求項７】
陽極および陰極が設けられた電解室と、
前記電解室内に設けられた水蒸気を捕捉する水蒸気捕捉部と、
前記水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の管状体を含んで構成され、
前記管状体は、管路に水を導入するための導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための排出孔とを含む電解装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を利用して水素を製造する水素の製造方法であって、
前記陰極室で生じた水蒸気を前記第１の水素捕捉部により捕捉する工程を含む水素の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の水素の製造方法により得られた水素。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を含む内燃機関システム。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を含む燃焼システム。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を含む燃料電池システム。
【請求項１】
陰極が設けられた陰極室と、
陽極が設けられた陽極室と、
前記陰極室と前記陽極室とを隔てる隔膜と、
前記陰極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第１の水蒸気捕捉部と、
前記第１の水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記第１の水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の第１の管状体を含んで構成され、
前記第１の管状体は、管路に水を導入するための第１の導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための第１の排出孔とを含む電解装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の管状体は、一端に前記第１の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、
前記第１の排出孔は、前記第１の管状体の側壁に設けられている電解装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の水蒸気捕捉部は、複数の前記第１の管状体が束状となって構成され、
前記第１の管状体は、その管径が５０〜１５０μｍである電解装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記陽極室内に設けられた水蒸気を捕捉する第２の水蒸気捕捉部と、
前記第２の水蒸気捕捉部を通過した酸素を収容する酸素収容部と、を含み、
前記第２の気液分離体は、１つ又は複数の第２の管状体を含んで構成され、
前記第２の管状体は、管路に水を導入するための第２の導入口と、管路から前記陽極室に水を排出するための第２の排出孔とを含む電解装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第２の管状体は、一端に前記第２の導入口が設けられ、他端は閉鎖され、
前記第２の排出孔は、前記第２の管状体の側壁に設けられている電解装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第２の水蒸気捕捉部は、複数の前記第２の管状体が束状となって構成され、
前記第２の管状体は、その管径が５０μｍ〜１５０μｍである電解装置。
【請求項７】
陽極および陰極が設けられた電解室と、
前記電解室内に設けられた水蒸気を捕捉する水蒸気捕捉部と、
前記水蒸気捕捉部を通過した水素を排出する水素排出部と、を含み、
前記水蒸気捕捉部は、１つ又は複数の管状体を含んで構成され、
前記管状体は、管路に水を導入するための導入口と、管路から前記陰極室に水を排出するための排出孔とを含む電解装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を利用して水素を製造する水素の製造方法であって、
前記陰極室で生じた水蒸気を前記第１の水素捕捉部により捕捉する工程を含む水素の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の水素の製造方法により得られた水素。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を含む内燃機関システム。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を含む燃焼システム。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載の電解装置を含む燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−５８０２８（Ｐ２０１１−５８０２８Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６５０７（Ｐ２００９−２０６５０７）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【特許番号】特許第４５９８８６８号（Ｐ４５９８８６８）
【特許公報発行日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（５００１１１８０６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【特許番号】特許第４５９８８６８号（Ｐ４５９８８６８）
【特許公報発行日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（５００１１１８０６）
【Ｆターム（参考）】
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