JP2001234378A - 電気分解式ガス変換装置 - Google Patents
電気分解式ガス変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 湿度などの外気環境が変化した場合にも、過
剰なガス発生等がなく安定なガス変換量を維持できる電
気分解式ガス変換装置を得る。 【解決手段】 導電性多孔体からなる基材に触媒層を有
する陽極１および陰極２と、これら両極間に配置された
固体高分子電解質膜３とを有する電気化学素子接合体８
を、直流電源６と接続し、上記電気化学素子接合体に直
流電圧を印加して空気中に含まれる水分をオゾンガス、
酸素ガスまたは水素ガスに変換する電気分解式ガス変換
装置において、上記電気化学素子接合体に一定の電流が
流れるように制御する手段１１，１７を備えた。
剰なガス発生等がなく安定なガス変換量を維持できる電
気分解式ガス変換装置を得る。 【解決手段】 導電性多孔体からなる基材に触媒層を有
する陽極１および陰極２と、これら両極間に配置された
固体高分子電解質膜３とを有する電気化学素子接合体８
を、直流電源６と接続し、上記電気化学素子接合体に直
流電圧を印加して空気中に含まれる水分をオゾンガス、
酸素ガスまたは水素ガスに変換する電気分解式ガス変換
装置において、上記電気化学素子接合体に一定の電流が
流れるように制御する手段１１，１７を備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を用いた電気化学反応にもとづく電気分解式ガス変換
装置に関し、さらに詳しくは、固体高分子電解質膜を挟
んで陽極と陰極を対峙させて直流電圧を印加し、電気化
学反応によって、空気中に含まれる水分をオゾンガス、
酸素ガスまたは水素ガス等に変換する、例えばオゾン発
生装置、酸素発生装置、水素発生装置、除湿装置などの
ような、電気分解式ガス変換装置に関する。
膜を用いた電気化学反応にもとづく電気分解式ガス変換
装置に関し、さらに詳しくは、固体高分子電解質膜を挟
んで陽極と陰極を対峙させて直流電圧を印加し、電気化
学反応によって、空気中に含まれる水分をオゾンガス、
酸素ガスまたは水素ガス等に変換する、例えばオゾン発
生装置、酸素発生装置、水素発生装置、除湿装置などの
ような、電気分解式ガス変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、例えば特開平１１−１３１２７
６号公報に示された従来の電気分解式ガス変換装置の１
つであるオゾン発生装置の構成図である。図において、
１は導電性多孔体からなる陽極基材に陽極触媒層を有す
る陽極、２は導電性多孔体からなる陰極基材に陰極触媒
層を有する陰極、３は固体高分子電解質膜であり、固体
高分子電解質膜３の表裏に陽極１と陰極２を配置して熱
圧着することにより電気化学素子接合体８が形成され
る。４は陽極１に設けた陽極端子、５は陰極２に設けた
陰極端子、６は直流電源、７は直流電源６と陽極１およ
び陰極２を結ぶ結線である。なお、陽極１には、例えば
白金メッキ下地が施されたチタン製のエキスバンドメタ
ル基材にβ型またはα型の二酸化鉛を薄く電着したもの
が用いられ、陰極２には、例えば多孔質なカーボン繊維
基材に、白金微粒子を坦持したカーボン粉末を液化した
固体高分子電解質をバインダーとして固着したものが用
いられる。
６号公報に示された従来の電気分解式ガス変換装置の１
つであるオゾン発生装置の構成図である。図において、
１は導電性多孔体からなる陽極基材に陽極触媒層を有す
る陽極、２は導電性多孔体からなる陰極基材に陰極触媒
層を有する陰極、３は固体高分子電解質膜であり、固体
高分子電解質膜３の表裏に陽極１と陰極２を配置して熱
圧着することにより電気化学素子接合体８が形成され
る。４は陽極１に設けた陽極端子、５は陰極２に設けた
陰極端子、６は直流電源、７は直流電源６と陽極１およ
び陰極２を結ぶ結線である。なお、陽極１には、例えば
白金メッキ下地が施されたチタン製のエキスバンドメタ
ル基材にβ型またはα型の二酸化鉛を薄く電着したもの
が用いられ、陰極２には、例えば多孔質なカーボン繊維
基材に、白金微粒子を坦持したカーボン粉末を液化した
固体高分子電解質をバインダーとして固着したものが用
いられる。
【０００３】次に動作について説明する。電気化学素子
接合体８に直流電源６により例えば３Ｖの電圧が印加さ
れると、陽極１と固体高分子電解質膜３の接合面におい
て、電気化学反応式（１）および（２）により、空気中
に含まれる水分が電気分解されてオゾンガスと酸素ガス
および電子が生成されると同時に水素イオンが生成され
る。 ２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ （１） ３Ｈ2Ｏ→Ｏ3＋６Ｈ+＋６ｅ （２）
接合体８に直流電源６により例えば３Ｖの電圧が印加さ
れると、陽極１と固体高分子電解質膜３の接合面におい
て、電気化学反応式（１）および（２）により、空気中
に含まれる水分が電気分解されてオゾンガスと酸素ガス
および電子が生成されると同時に水素イオンが生成され
る。 ２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ （１） ３Ｈ2Ｏ→Ｏ3＋６Ｈ+＋６ｅ （２）
【０００４】このようにして生成されたオゾンガスおよ
び酸素ガスは多孔質な陽極１を通って外気に流出する。
一方、生成された水素イオンは固体高分子電解質膜３を
通って陰極２に移動し、陰極２と固体高分子電解質膜３
との接合面において、水素イオンと空気中の酸素ガスお
よび結線７を通って陰極２に導かれた電子とが反応して
水が生成され、多孔質な陰極２を通って外気に流出す
る。
び酸素ガスは多孔質な陽極１を通って外気に流出する。
一方、生成された水素イオンは固体高分子電解質膜３を
通って陰極２に移動し、陰極２と固体高分子電解質膜３
との接合面において、水素イオンと空気中の酸素ガスお
よび結線７を通って陰極２に導かれた電子とが反応して
水が生成され、多孔質な陰極２を通って外気に流出す
る。
【０００５】なお、電気化学素子接合体８を酸素ガス発
生または除湿のために用いる場合、すなわち電気分解式
ガス変換装置が酸素ガス発生装置または除湿装置である
場合には、電気化学素子接合体８の陽極１には例えばチ
タン製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキ
を施したものなどが用いられ、陽極から酸素が発生する
と共に陰極の背面から水が放出する。また、水素ガス発
生に用いる場合、陽極１および陰極２には例えばチタン
製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキを施
したものなどが用いられ、陰極において水素ガスが発生
される。
生または除湿のために用いる場合、すなわち電気分解式
ガス変換装置が酸素ガス発生装置または除湿装置である
場合には、電気化学素子接合体８の陽極１には例えばチ
タン製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキ
を施したものなどが用いられ、陽極から酸素が発生する
と共に陰極の背面から水が放出する。また、水素ガス発
生に用いる場合、陽極１および陰極２には例えばチタン
製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキを施
したものなどが用いられ、陰極において水素ガスが発生
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の電
気分解式ガス変換装置は、例えばオゾン発生装置の場合
は、空気中に含まれる水分を電気化学素子接合体８によ
り電気分解してオゾンガスを生成するものであるため、
外気湿度が変化するとオゾン発生量が変化し、安定なオ
ゾン発生量が得られないという問題があった。また、湿
度が高くなるとオゾン発生量が多くなり過ぎて人体に悪
影響を与える恐れがあるといった問題があった。また、
従来の他の電気分解式ガス変換装置である除湿装置や酸
素ガス発生装置や水素ガス発生装置においても、オゾン
発生装置の場合と同様に空気中に含まれる水分を電気化
学素子接合体８により電気分解してガス変換するもので
あるため、外気湿度の変化に伴ってガス変換量が変化
し、安定なガス変換量が得られないという問題があっ
た。
気分解式ガス変換装置は、例えばオゾン発生装置の場合
は、空気中に含まれる水分を電気化学素子接合体８によ
り電気分解してオゾンガスを生成するものであるため、
外気湿度が変化するとオゾン発生量が変化し、安定なオ
ゾン発生量が得られないという問題があった。また、湿
度が高くなるとオゾン発生量が多くなり過ぎて人体に悪
影響を与える恐れがあるといった問題があった。また、
従来の他の電気分解式ガス変換装置である除湿装置や酸
素ガス発生装置や水素ガス発生装置においても、オゾン
発生装置の場合と同様に空気中に含まれる水分を電気化
学素子接合体８により電気分解してガス変換するもので
あるため、外気湿度の変化に伴ってガス変換量が変化
し、安定なガス変換量が得られないという問題があっ
た。
【０００７】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解決するためになされたものであり、湿度などの外
気環境が変化した場合にも、過剰なガス発生等がなく安
定なガス変換量を維持できる電気分解式ガス変換装置を
得ることを目的とする。
点を解決するためになされたものであり、湿度などの外
気環境が変化した場合にも、過剰なガス発生等がなく安
定なガス変換量を維持できる電気分解式ガス変換装置を
得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、湿度条件を種
々に変化させて従来の電気分解式ガス変換装置のガス変
換量と印加電圧および電気化学素子接合体に流れる電流
の関係を鋭意検討した結果、電気化学素子接合体に流れ
る電流を一定に維持することによってガス変換量を一定
に維持できることを見出してなされた。
々に変化させて従来の電気分解式ガス変換装置のガス変
換量と印加電圧および電気化学素子接合体に流れる電流
の関係を鋭意検討した結果、電気化学素子接合体に流れ
る電流を一定に維持することによってガス変換量を一定
に維持できることを見出してなされた。
【０００９】本発明に係る電気分解式ガス変換装置は、
導電性多孔体からなる基材に触媒層を有する陽極および
陰極と、これら両極間に配置された固体高分子電解質膜
とを有する電気化学素子接合体を、直流電源と接続し、
上記電気化学素子接合体に直流電圧を印加して空気中に
含まれる水分をオゾンガス、酸素ガスまたは水素ガスに
変換する電気分解式ガス変換装置において、上記電気化
学素子接合体に一定の電流が流れるように制御する手段
を備えたものである。
導電性多孔体からなる基材に触媒層を有する陽極および
陰極と、これら両極間に配置された固体高分子電解質膜
とを有する電気化学素子接合体を、直流電源と接続し、
上記電気化学素子接合体に直流電圧を印加して空気中に
含まれる水分をオゾンガス、酸素ガスまたは水素ガスに
変換する電気分解式ガス変換装置において、上記電気化
学素子接合体に一定の電流が流れるように制御する手段
を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１による電気分解式ガス変換装置をオゾン発生
装置を例に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に
よる電気分解式ガス変換装置の構成を説明する図であ
る。図において、１は導電性多孔体からなる基材に触媒
層を有する陽極、２は導電性多孔体からなる基材に触媒
層を有する陰極、３は固体高分子電解質膜、４は陽極１
に設けた陽極端子、５は陰極２に設けた陰極端子、６は
直流電源、８は固体高分子電解質膜３の表裏に陽極１と
陰極２を配置して熱圧着により形成した電気化学素子接
合体、１１は例えばＰＮＰ型トランジスタ、１２はＰＮ
Ｐ型トランジスタ１１のエミッタ、１３はベース、１４
はコレクタ、１５はエミッタ１２とベース１３の間を流
れる電流、１６はコレクタ１４に流れるコレクタ電流、
１７は抵抗、１８は直流電源６とＰＮＰ型トランジスタ
１１および抵抗１７から成る直流定電流電源である。直
流電源６の低電位側出力とＰＮＰ型トランジスタのコレ
クタ１４との間に電気化学素子接合体８を接続し、エミ
ッタ１２を他方の直流電源６の出力に接続している。ま
た、直流電源６の低電位側出力とＰＮＰ型トランジスタ
のベース１３との間に抵抗１７を接続している。本実施
の形態ではＰＮＰ型トランジスタ１１と抵抗１７とで電
気化学素子接合体８に流れる電流が一定値となるように
制御する手段を構成している。なお、陽極１には、例え
ば白金メッキ下地が施されたチタン製のエキスバンドメ
タル基材にβ型またはα型の二酸化鉛を薄く電着したも
のが用いられ、陰極２には、例えば多孔質なカーボン繊
維基材に、白金微粒子を坦持したカーボン粉末を液化し
た固体高分子電解質をバインダーとして固着したものが
用いられる。
施の形態１による電気分解式ガス変換装置をオゾン発生
装置を例に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に
よる電気分解式ガス変換装置の構成を説明する図であ
る。図において、１は導電性多孔体からなる基材に触媒
層を有する陽極、２は導電性多孔体からなる基材に触媒
層を有する陰極、３は固体高分子電解質膜、４は陽極１
に設けた陽極端子、５は陰極２に設けた陰極端子、６は
直流電源、８は固体高分子電解質膜３の表裏に陽極１と
陰極２を配置して熱圧着により形成した電気化学素子接
合体、１１は例えばＰＮＰ型トランジスタ、１２はＰＮ
Ｐ型トランジスタ１１のエミッタ、１３はベース、１４
はコレクタ、１５はエミッタ１２とベース１３の間を流
れる電流、１６はコレクタ１４に流れるコレクタ電流、
１７は抵抗、１８は直流電源６とＰＮＰ型トランジスタ
１１および抵抗１７から成る直流定電流電源である。直
流電源６の低電位側出力とＰＮＰ型トランジスタのコレ
クタ１４との間に電気化学素子接合体８を接続し、エミ
ッタ１２を他方の直流電源６の出力に接続している。ま
た、直流電源６の低電位側出力とＰＮＰ型トランジスタ
のベース１３との間に抵抗１７を接続している。本実施
の形態ではＰＮＰ型トランジスタ１１と抵抗１７とで電
気化学素子接合体８に流れる電流が一定値となるように
制御する手段を構成している。なお、陽極１には、例え
ば白金メッキ下地が施されたチタン製のエキスバンドメ
タル基材にβ型またはα型の二酸化鉛を薄く電着したも
のが用いられ、陰極２には、例えば多孔質なカーボン繊
維基材に、白金微粒子を坦持したカーボン粉末を液化し
た固体高分子電解質をバインダーとして固着したものが
用いられる。
【００１１】図２は、実験結果であり、温度２０℃にお
いて直流電源６により電気化学素子接合体８（陽極１と
陰極２が対峙してなす電気化学反応面積は４ｃｍ2）に
３Ｖの電圧を印加した場合の、電気化学素子接合体８の
電気化学反応面積１ｃｍ2当たりのオゾン発生量および
電流密度と外気の相対湿度との関係を示す特性図であ
る。また、図３は、本実施の形態の効果を実証するため
に実施した実験結果であり、直流定電流電源１８により
電気化学素子接合体８に直流電圧３Ｖを印加するととも
に例えば５ｍＡ／ｃｍ2（図中Ａ）および１５ｍＡ／ｃ
ｍ2（図中Ｂ）の一定の電流を流した場合の、電気化学
素子接合体８の電気化学反応面積１ｃｍ2当たりのオゾ
ン発生量と外気の相対湿度との関係を示す特性図であ
る。また、図４は、実験結果であり、温度２０℃、相対
湿度６０％における電気化学素子接合体８の電気化学反
応面積１ｃｍ2当たりのオゾン発生量および電流密度と
印加電圧との関係を示す特性図である。
いて直流電源６により電気化学素子接合体８（陽極１と
陰極２が対峙してなす電気化学反応面積は４ｃｍ2）に
３Ｖの電圧を印加した場合の、電気化学素子接合体８の
電気化学反応面積１ｃｍ2当たりのオゾン発生量および
電流密度と外気の相対湿度との関係を示す特性図であ
る。また、図３は、本実施の形態の効果を実証するため
に実施した実験結果であり、直流定電流電源１８により
電気化学素子接合体８に直流電圧３Ｖを印加するととも
に例えば５ｍＡ／ｃｍ2（図中Ａ）および１５ｍＡ／ｃ
ｍ2（図中Ｂ）の一定の電流を流した場合の、電気化学
素子接合体８の電気化学反応面積１ｃｍ2当たりのオゾ
ン発生量と外気の相対湿度との関係を示す特性図であ
る。また、図４は、実験結果であり、温度２０℃、相対
湿度６０％における電気化学素子接合体８の電気化学反
応面積１ｃｍ2当たりのオゾン発生量および電流密度と
印加電圧との関係を示す特性図である。
【００１２】次に動作について説明する。図２に示した
ように、電気化学素子接合体８のオゾン発生量および電
流密度は外気湿度が高くなると増加し、オゾン発生量は
電気化学素子接合体８を流れる電流の増加に追随して増
加する。そこで、図１に示すように直流電源６とＰＮＰ
型トランジスタ１１および抵抗１７からなる直流定電流
電源１８により、湿度が高くなった場合にも電気化学素
子接合体８に一定の電流を流すようにした。
ように、電気化学素子接合体８のオゾン発生量および電
流密度は外気湿度が高くなると増加し、オゾン発生量は
電気化学素子接合体８を流れる電流の増加に追随して増
加する。そこで、図１に示すように直流電源６とＰＮＰ
型トランジスタ１１および抵抗１７からなる直流定電流
電源１８により、湿度が高くなった場合にも電気化学素
子接合体８に一定の電流を流すようにした。
【００１３】すなわち、図１の回路において、ＰＮＰ型
トランジスタ１１のエミッタ１２とベース１３間には直
流電源６の出力電圧を抵抗１７の抵抗値とベース１３と
エミッタ１２間の抵抗値の和で除した値の電流１５が流
れるが、このエミッタ電流はＰＮＰ型トランジスタ１１
のコレクタ１４側に設けられた電気化学素子接合体８の
特性に影響されずに一定となる。従って、コレクタ１４
にはエミッタ１２とベース１３間を流れる電流１５にＰ
ＮＰ型トランジスタ１１の増幅倍率を乗じた一定の電流
１６が流れるので、電気化学素子接合体８には一定の電
流が流れる。このように、直流定電流電源１８の抵抗１
７に流れる電流１５を一定に維持すれば、電気化学素子
接合体８に一定の電流を流すことができる。なお、電気
化学素子接合体８に流す電流値はトランジスタ１１と、
直流電源６の電圧値と、抵抗１７の抵抗値とを適切に選
定することにより設定することができる。
トランジスタ１１のエミッタ１２とベース１３間には直
流電源６の出力電圧を抵抗１７の抵抗値とベース１３と
エミッタ１２間の抵抗値の和で除した値の電流１５が流
れるが、このエミッタ電流はＰＮＰ型トランジスタ１１
のコレクタ１４側に設けられた電気化学素子接合体８の
特性に影響されずに一定となる。従って、コレクタ１４
にはエミッタ１２とベース１３間を流れる電流１５にＰ
ＮＰ型トランジスタ１１の増幅倍率を乗じた一定の電流
１６が流れるので、電気化学素子接合体８には一定の電
流が流れる。このように、直流定電流電源１８の抵抗１
７に流れる電流１５を一定に維持すれば、電気化学素子
接合体８に一定の電流を流すことができる。なお、電気
化学素子接合体８に流す電流値はトランジスタ１１と、
直流電源６の電圧値と、抵抗１７の抵抗値とを適切に選
定することにより設定することができる。
【００１４】なお、上記の直流定電流電源１８の直流電
源６は、交流を直流電圧に変換する機能を備えた回路を
有するもの、または複数の乾電池等の１次電池または再
充電が可能な二次電池等を用いてよい。
源６は、交流を直流電圧に変換する機能を備えた回路を
有するもの、または複数の乾電池等の１次電池または再
充電が可能な二次電池等を用いてよい。
【００１５】次に本実施の形態の効果について説明す
る。図３に示したように、直流定電流電源１８により電
気化学素子接合体８に直流電圧３Ｖを印加するととも
に、電流を５ｍＡ／ｃｍ2（図中Ａ）または１５ｍＡ／
ｃｍ2（図中Ｂ）に一定に調節した結果、オゾン発生量
は外気の相対湿度が４０％〜ほぼ１００％に変化して
も、過剰なオゾン発生が防止されるとともに安定なオゾ
ン発生量を維持できる効果が得られた。
る。図３に示したように、直流定電流電源１８により電
気化学素子接合体８に直流電圧３Ｖを印加するととも
に、電流を５ｍＡ／ｃｍ2（図中Ａ）または１５ｍＡ／
ｃｍ2（図中Ｂ）に一定に調節した結果、オゾン発生量
は外気の相対湿度が４０％〜ほぼ１００％に変化して
も、過剰なオゾン発生が防止されるとともに安定なオゾ
ン発生量を維持できる効果が得られた。
【００１６】なお、上記実施の形態では電気化学素子接
合体８の陽極１と陰極２が対峙してなす電気化学反応面
積を４ｃｍ2としたが、実験結果によれば電気化学反応
面積は４ｃｍ2に限らず、これより小さくてもまたは大
きくても同様の効果が得られた。
合体８の陽極１と陰極２が対峙してなす電気化学反応面
積を４ｃｍ2としたが、実験結果によれば電気化学反応
面積は４ｃｍ2に限らず、これより小さくてもまたは大
きくても同様の効果が得られた。
【００１７】また、上記実施の形態では電気化学素子接
合体８に流れる電流を５ｍＡ／ｃｍ 2および１５ｍＡ／
ｃｍ2で一定とたが、これに限るものではなく、５ｍＡ
／ｃｍ 2と１５ｍＡ／ｃｍ2の間の定電流密度、５ｍＡ／
ｃｍ2より低い定電流密度、または１５ｍＡ／ｃｍ2より
高い定電流密度に設定しても同様の効果が得られた。
合体８に流れる電流を５ｍＡ／ｃｍ 2および１５ｍＡ／
ｃｍ2で一定とたが、これに限るものではなく、５ｍＡ
／ｃｍ 2と１５ｍＡ／ｃｍ2の間の定電流密度、５ｍＡ／
ｃｍ2より低い定電流密度、または１５ｍＡ／ｃｍ2より
高い定電流密度に設定しても同様の効果が得られた。
【００１８】また、上記実施の形態では直流定電流電源
１８により電気化学素子接合体８に直流電圧３Ｖを印加
した場合について説明したが、図４に示したように電気
化学素子接合体８のオゾン発生量および電流密度は印加
電圧によって変化し、印加電圧が１．５Ｖ〜４．５Ｖの
範囲で大きく変化する特性があることが見出された。従
って、電気化学素子接合体８のオゾン発生量および電流
密度が急激に変化する１．５Ｖ〜４．５Ｖの印加電圧の
範囲で電気化学素子接合体８に流れる電流を一定に制御
するのが好ましい。さらには、オゾン発生量および電流
密度がより急激に変化する１．５Ｖ〜３．５Ｖの範囲で
電気化学素子接合体８に流れる電流を一定に制御するの
がより好ましい。
１８により電気化学素子接合体８に直流電圧３Ｖを印加
した場合について説明したが、図４に示したように電気
化学素子接合体８のオゾン発生量および電流密度は印加
電圧によって変化し、印加電圧が１．５Ｖ〜４．５Ｖの
範囲で大きく変化する特性があることが見出された。従
って、電気化学素子接合体８のオゾン発生量および電流
密度が急激に変化する１．５Ｖ〜４．５Ｖの印加電圧の
範囲で電気化学素子接合体８に流れる電流を一定に制御
するのが好ましい。さらには、オゾン発生量および電流
密度がより急激に変化する１．５Ｖ〜３．５Ｖの範囲で
電気化学素子接合体８に流れる電流を一定に制御するの
がより好ましい。
【００１９】また、直流電源６を複数の乾電池とする場
合、例えば印加電圧を高いオゾン発生量が得られる３Ｖ
よりも低い電圧にするととともに５ｍＡ／ｃｍ2〜１０
ｍＡ／ｃｍ2程度の定電流密度に設定すると、オゾン発
生量は印加電圧が３Ｖの場合よりも低下するが乾電池の
交換時期をより長くできる効果が得られる。
合、例えば印加電圧を高いオゾン発生量が得られる３Ｖ
よりも低い電圧にするととともに５ｍＡ／ｃｍ2〜１０
ｍＡ／ｃｍ2程度の定電流密度に設定すると、オゾン発
生量は印加電圧が３Ｖの場合よりも低下するが乾電池の
交換時期をより長くできる効果が得られる。
【００２０】また、上記実施の形態ではオゾン発生装置
について説明したが、酸素ガス発生装置や除湿のための
除湿装置や水素ガス発生装置においても、電気化学素子
接合体８の動作原理および駆動条件がオゾン発生の場合
と同様であり、本実施の形態を適用することができる。
すなわち、電気化学素子接合体８に直流電圧が印加され
るとともに一定の電流が流れるように構成することによ
り、湿度などの外気環境の変化に対しても過剰なガス発
生が生じることなく安定なガス変換量を維持できる効果
が得られる。なお、電気化学素子接合体８を酸素ガス発
生または除湿のために用いる場合、すなわち電気分解式
ガス変換装置が酸素ガス発生装置または除湿装置である
場合には、電気化学素子接合体８の陽極１には例えばチ
タン製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキ
を施したものなどが用いられ、陽極から酸素が発生する
と共に陰極の背面から水が漏出する。また、水素ガス発
生に用いる場合すなわち電気分解式ガス変換装置が除湿
装置である場合には、陽極１および陰極２には例えばチ
タン製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキ
を施したものなどが用いられ、陰極において水素ガスが
発生される。
について説明したが、酸素ガス発生装置や除湿のための
除湿装置や水素ガス発生装置においても、電気化学素子
接合体８の動作原理および駆動条件がオゾン発生の場合
と同様であり、本実施の形態を適用することができる。
すなわち、電気化学素子接合体８に直流電圧が印加され
るとともに一定の電流が流れるように構成することによ
り、湿度などの外気環境の変化に対しても過剰なガス発
生が生じることなく安定なガス変換量を維持できる効果
が得られる。なお、電気化学素子接合体８を酸素ガス発
生または除湿のために用いる場合、すなわち電気分解式
ガス変換装置が酸素ガス発生装置または除湿装置である
場合には、電気化学素子接合体８の陽極１には例えばチ
タン製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキ
を施したものなどが用いられ、陽極から酸素が発生する
と共に陰極の背面から水が漏出する。また、水素ガス発
生に用いる場合すなわち電気分解式ガス変換装置が除湿
装置である場合には、陽極１および陰極２には例えばチ
タン製の多孔質なエキスバンドメタル基材に白金メッキ
を施したものなどが用いられ、陰極において水素ガスが
発生される。
【００２１】実施の形態２．上記実施の形態１において
は、電流を一定にするためのトランジスタとしてＰＮＰ
型トランジスタを用いたが、図５に示すようにＮＰＮ型
トランジスタを用いても同じ効果が得られる。図５は本
発明の実施の形態２による電気分解式ガス変換装置の構
成を説明する図であり、図において、２０はＮＰＮ型ト
ランジスタ、２１は直流電源６とＮＰＮ型トランジスタ
２０および抵抗１７からなる直流定電流電源である。こ
の場合、直流電源６の高電位側出力とＮＰＮ型トランジ
スタのコレクタ１４との間に電気化学素子接合体８を接
続し、エミッタ１２を直流電源６の低電位側の出力に接
続する。また、直流電源６の高電位側出力とＮＰＮ型ト
ランジスタのベース１３との間に抵抗１７を接続する。
は、電流を一定にするためのトランジスタとしてＰＮＰ
型トランジスタを用いたが、図５に示すようにＮＰＮ型
トランジスタを用いても同じ効果が得られる。図５は本
発明の実施の形態２による電気分解式ガス変換装置の構
成を説明する図であり、図において、２０はＮＰＮ型ト
ランジスタ、２１は直流電源６とＮＰＮ型トランジスタ
２０および抵抗１７からなる直流定電流電源である。こ
の場合、直流電源６の高電位側出力とＮＰＮ型トランジ
スタのコレクタ１４との間に電気化学素子接合体８を接
続し、エミッタ１２を直流電源６の低電位側の出力に接
続する。また、直流電源６の高電位側出力とＮＰＮ型ト
ランジスタのベース１３との間に抵抗１７を接続する。
【００２２】実施の形態３．図６は本発明の実施の形態
３による電気分解式ガス変換装置の構成を説明する図で
ある。本実施の形態は、電気化学素子接合体８に実際に
流れる電流を検出するとともにそれを一定に制御するも
のである。図において、３０は電気化学素子接合体８に
流れる電流を検出するための抵抗、３１はゼナーダイオ
ード、３２、３３は例えばＰＮＰ型のトランジスタ、３
４は抵抗、３５は電気化学素子接合体８に流れる電流を
一定に制御する直流定電流電源である。また、Ｒｆは抵
抗３０の抵抗値、Ｉｆは電気化学素子接合体８に流れる
電流である。
３による電気分解式ガス変換装置の構成を説明する図で
ある。本実施の形態は、電気化学素子接合体８に実際に
流れる電流を検出するとともにそれを一定に制御するも
のである。図において、３０は電気化学素子接合体８に
流れる電流を検出するための抵抗、３１はゼナーダイオ
ード、３２、３３は例えばＰＮＰ型のトランジスタ、３
４は抵抗、３５は電気化学素子接合体８に流れる電流を
一定に制御する直流定電流電源である。また、Ｒｆは抵
抗３０の抵抗値、Ｉｆは電気化学素子接合体８に流れる
電流である。
【００２３】次に、上記のように構成された本発明の実
施の形態３による電気分解式ガス変換装置の動作につい
て説明する。電気化学素子接合体８は、経時変化によっ
て抵抗が増大し流れる電流Ｉｆが減少するが、抵抗３０
の抵抗値Ｒｆは予め分かっているので、電気化学素子接
合体８に流れる電流Ｉｆは、抵抗３０の両端で電圧（Ｒ
ｆ×Ｉｆ）を測定することにより容易に検出することが
できる。したがって、この電圧を測定することにより電
気化学素子接合体８の取り替え時期を知ることができ
る。また、この電流Ｉｆに比例した電圧値がゼナーダイ
オード３１のゼナー電圧と比較され、その差に応じた電
流がトランジスタ３２のベース１３の電流となり、電流
Ｉｆが所要値より大きくなろうとすればこのベース１３
の電流値が小さくなって、結果としてトランジスタ３３
のベース１３の電流値が小さくなる。これに伴い、トラ
ンジスタ３３のエミッタ１２の電流すなわち電気化学素
子接合体８の電流値がより小さくなろうとし、結果とし
て電気化学素子接合体８の電流値は所要の一定値とする
ことができる。
施の形態３による電気分解式ガス変換装置の動作につい
て説明する。電気化学素子接合体８は、経時変化によっ
て抵抗が増大し流れる電流Ｉｆが減少するが、抵抗３０
の抵抗値Ｒｆは予め分かっているので、電気化学素子接
合体８に流れる電流Ｉｆは、抵抗３０の両端で電圧（Ｒ
ｆ×Ｉｆ）を測定することにより容易に検出することが
できる。したがって、この電圧を測定することにより電
気化学素子接合体８の取り替え時期を知ることができ
る。また、この電流Ｉｆに比例した電圧値がゼナーダイ
オード３１のゼナー電圧と比較され、その差に応じた電
流がトランジスタ３２のベース１３の電流となり、電流
Ｉｆが所要値より大きくなろうとすればこのベース１３
の電流値が小さくなって、結果としてトランジスタ３３
のベース１３の電流値が小さくなる。これに伴い、トラ
ンジスタ３３のエミッタ１２の電流すなわち電気化学素
子接合体８の電流値がより小さくなろうとし、結果とし
て電気化学素子接合体８の電流値は所要の一定値とする
ことができる。
【００２４】このように、本実施の形態では、電気化学
素子接合体８に実際に流れる電流を検出できるので、電
気化学素子接合体８の取り替え時期を知ることができ、
しかも、電気化学素子接合体８に実際に流れる電流の変
化に対応してそれをより精度良く一定に制御することが
できる。
素子接合体８に実際に流れる電流を検出できるので、電
気化学素子接合体８の取り替え時期を知ることができ、
しかも、電気化学素子接合体８に実際に流れる電流の変
化に対応してそれをより精度良く一定に制御することが
できる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、導電性
多孔体からなる基材に触媒層を有する陽極および陰極
と、これら両極間に配置された固体高分子電解質膜とを
有する電気化学素子接合体を、直流電源と接続し、上記
電気化学素子接合体に直流電圧を印加して空気中に含ま
れる水分をオゾンガス、酸素ガスまたは水素ガスに変換
する電気分解式ガス変換装置において、上記電気化学素
子接合体に一定の電流が流れるように制御する手段を備
えたので、湿度やなどの外気環境の変化に影響されず、
過剰なガス発生がなく安定なガス変換量を維持できる電
気分解式ガス変換装置が得られる。
多孔体からなる基材に触媒層を有する陽極および陰極
と、これら両極間に配置された固体高分子電解質膜とを
有する電気化学素子接合体を、直流電源と接続し、上記
電気化学素子接合体に直流電圧を印加して空気中に含ま
れる水分をオゾンガス、酸素ガスまたは水素ガスに変換
する電気分解式ガス変換装置において、上記電気化学素
子接合体に一定の電流が流れるように制御する手段を備
えたので、湿度やなどの外気環境の変化に影響されず、
過剰なガス発生がなく安定なガス変換量を維持できる電
気分解式ガス変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による電気分解式ガス
変換装置の構成を説明する図である。
変換装置の構成を説明する図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係り、電気化学素子
接合体のオゾン発生量および電流密度と外気の相対湿度
との関係を示す特性図である。
接合体のオゾン発生量および電流密度と外気の相対湿度
との関係を示す特性図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係り、電気化学素子
接合体に流れる電流密度を一定に制御した場合の、オゾ
ン発生量と外気の相対湿度との関係を示す特性図であ
る。
接合体に流れる電流密度を一定に制御した場合の、オゾ
ン発生量と外気の相対湿度との関係を示す特性図であ
る。
【図４】 本発明の実施の形態１に係り、電気化学素子
接合体のオゾン発生量および電流密度と印加電圧との関
係を示す特性図である。
接合体のオゾン発生量および電流密度と印加電圧との関
係を示す特性図である。
【図５】 本発明の実施の形態２による電気分解式ガス
変換装置の構成を説明する図である。
変換装置の構成を説明する図である。
【図６】 本発明の実施の形態３による電気分解式ガス
変換装置の構成を説明する図である。
変換装置の構成を説明する図である。
【図７】 従来の電気分解式ガス変換装置の構成を説明
する図である。
する図である。
１ 陽極、２ 陰極、３ 固体高分子電解質膜、４ 陽
極端子、５ 陰極端子、６ 直流電源、８ 電気化学素
子接合体、１１，３２，３３ ＰＮＰ型トランジスタ、
１２ エミッタ、１３ ベース、１４ コレクタ、１
７，３０，３４抵抗、１８，２１，３５ 直流定電流電
源、２０ ＮＰＮ型トランジスタ、３１ゼナーダイオー
ド、３２、３３ ＰＮＰ型トランジスタ。
極端子、５ 陰極端子、６ 直流電源、８ 電気化学素
子接合体、１１，３２，３３ ＰＮＰ型トランジスタ、
１２ エミッタ、１３ ベース、１４ コレクタ、１
７，３０，３４抵抗、１８，２１，３５ 直流定電流電
源、２０ ＮＰＮ型トランジスタ、３１ゼナーダイオー
ド、３２、３３ ＰＮＰ型トランジスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 殖栗 成夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4K021 AA01 AA09 AB15 CA05 CA06 DB18 DB19 DB21 DB22 DB31 DB53 DC01 DC03 DC15
Claims (1)
- 【請求項１】 導電性多孔体からなる基材に触媒層を有
する陽極および陰極と、これら両極間に配置された固体
高分子電解質膜とを有する電気化学素子接合体を、直流
電源と接続し、上記電気化学素子接合体に直流電圧を印
加して空気中に含まれる水分をオゾンガス、酸素ガスま
たは水素ガスに変換する電気分解式ガス変換装置におい
て、上記電気化学素子接合体に一定の電流が流れるよう
に制御する手段を備えたことを特徴とする電気分解式ガ
ス変換装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048496A JP3747728B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 電気分解式ガス変換装置 |
| EP01104305A EP1127960A1 (en) | 2000-02-25 | 2001-02-22 | Electrolysis gas converter and electric device using same |
| US09/790,686 US6589403B2 (en) | 2000-02-25 | 2001-02-23 | Electrolysis gas converter and electric device using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000048496A JP3747728B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 電気分解式ガス変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001234378A true JP2001234378A (ja) | 2001-08-31 |
| JP3747728B2 JP3747728B2 (ja) | 2006-02-22 |
Family
ID=18570576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000048496A Expired - Fee Related JP3747728B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 電気分解式ガス変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3747728B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024147185A1 (ja) * | 2023-01-05 | 2024-07-11 | 株式会社 東芝 | 電気化学モジュールの診断装置、診断システム、診断方法及び診断プログラム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101007673B1 (ko) | 2008-05-29 | 2011-01-13 | 삼성전기주식회사 | 수소발생장치 및 연료전지 발전장치 |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000048496A patent/JP3747728B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024147185A1 (ja) * | 2023-01-05 | 2024-07-11 | 株式会社 東芝 | 電気化学モジュールの診断装置、診断システム、診断方法及び診断プログラム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3747728B2 (ja) | 2006-02-22 |
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