JP2005171383A - 水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造 - Google Patents
水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005171383A JP2005171383A JP2004335507A JP2004335507A JP2005171383A JP 2005171383 A JP2005171383 A JP 2005171383A JP 2004335507 A JP2004335507 A JP 2004335507A JP 2004335507 A JP2004335507 A JP 2004335507A JP 2005171383 A JP2005171383 A JP 2005171383A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- anode
- water
- electrolytic cell
- pair
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
【課題】耐久性に優れ効率良く水を電気分解できる水酸素ガス発生電極を提供し、更には多方向に水を流すことのできる電解槽構造を提供する。
【解決手段】水酸素ガス発生電極10は、互いに離間して平行に並ぶ複数の陽極板1から成る陽電極群2と、複数の陽極板1にそれぞれ対面する複数の陰極板3から成る陰電極群4とを備え、陽電極群2と陰電極群4との間に、水を導入する間隙5を確保したものである。水酸素ガス発生電極10の特徴とするところは、陽極板1を略U字形に折り返して一対の陽極片6を形成し、陰極板3を略U字形に折り返して一対の陰極片7を形成し、一対の陽極片6と一対の陰極片7とを、それぞれの間に互い違いに差し込んだことにある。
【選択図】 図1
【解決手段】水酸素ガス発生電極10は、互いに離間して平行に並ぶ複数の陽極板1から成る陽電極群2と、複数の陽極板1にそれぞれ対面する複数の陰極板3から成る陰電極群4とを備え、陽電極群2と陰電極群4との間に、水を導入する間隙5を確保したものである。水酸素ガス発生電極10の特徴とするところは、陽極板1を略U字形に折り返して一対の陽極片6を形成し、陰極板3を略U字形に折り返して一対の陰極片7を形成し、一対の陽極片6と一対の陰極片7とを、それぞれの間に互い違いに差し込んだことにある。
【選択図】 図1
Description
本発明は、水を電気分解することにより発生するモル比が2対1の水素と酸素の混合気(以下で「水酸素ガス」と略す。)を発生させるための水酸素ガス発生電極、及びこのような電極を水中に浸し電気分解によって水酸素ガスを発生させる電解槽構造に関する。
下記の特許文献に開示されているように、水を電気的に分解して水酸素ガスを発生させる装置が周知である。同装置はブラウンガス発生装置と称される。図10は、水酸素ガスの工業的利用を目指して、水酸素ガスを大量に発生させるため発案された水酸素ガス発生電極40の平面図を表している。水酸素ガス発生電極40は長方形の電解槽41に収納され、その長手方向に沿って延びる長尺な複数枚の電極42,43が、互いに数mmの間隔を保ちつつ平行に配列されている。
また、図示を省略しているが、電解槽41の両側には、電力を供給する陽極/陰極の端子が各々配置され、複数の電極42,43の中の最も外寄りに位置する一対の主電極42が、これら陽極/陰極の端子に各々接続されている。一対の主電極42にそれぞれ正負の電荷が与えられると、一対の電極42の間に位置する総ての電極43同士の間にも静電誘導によって電位差が生じ、個々の電極42,43の間で電解槽41内の水が電気分解されることになる。以上のように長尺な電極42,43を多数配列することで、これらの電極42,43と水との接触面積を積極的に増大し、所定時間当りに発生可能な水酸素ガスを増量することが試みられている。
特開平10−266900号公報
しかしながら、総ての電極42,43の中で実際に電気分解に供する電極は、図中に符号Fで指したように、外寄りに位置する一対の主電極42とその近傍にある2〜3枚程の電極43に限られ、他の電極43は発熱するだけである。従って、電解槽41の内部の電極43の枚数を単に増やすだけでは、水酸素ガスの発生量を効果的に増加することはできない。
また、電極42,43の材料として、導電性に優れた銅を適用するのは周知の技術であるが、銅から成る電極42,43は、多量の水を電気分解する過程で徐々に融けてしまうという問題が起こる。また、例え銅製の電極の表面にニッケル層を鍍金する等しても、ニッケル層は脆く電極から剥離し易いので、ニッケル層が何らかの原因で電極から剥離した場合、このような電極全体が融けるという問題が起こる。
また、水の電気分解を良好に促進するには、電解槽41の内部の水温を摂氏60度前後に保つことが不可欠である。そこで、電解槽41の内部の水を電解槽41の外部に設置した図に表れていない熱交換機に送り、この水を電解槽41と熱交換機との間で循環させつつ、同熱交換機によって水を冷却しなければならない。しかしながら、電解槽41の内部では、水の流れる方向が多数配列した電極42,43によって規制されるので、水は電極42,43同士の間に確保された間隙44に沿って一方向に流れなければならない。このため、電解槽41の内部に水の攪拌できる余地は無く、電解槽41の内部の水温を均一に保つことは困難である。従って、電解槽41の内部において部分的に水温の高低差が生じるので、電解槽41の全体において効率良く電気分解を行うには至らない。
本発明は、電極と水との接触面積を増加すると共に、電解槽内の適切な水の循環を実現することが、水酸素ガスを効率良く量産する鍵となることに着眼して成された。その目的とするところは、耐久性に優れ効率良く水を電気分解できる水酸素ガス発生電極を提供し、更には多方向に水を流すことのできる電解槽構造を提供することにある。
本発明は、互いに離間して並ぶ複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群との間に水を導入する水酸素ガス発生電極に係るものであって、前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだことを特徴とする。
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記陽極板及び前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成したものであることを特徴とする。
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記陽極板が、鉄基板の表面に酸化リチウム層を形成し、前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする。
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記ニッケル層が、前記鉄基板の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層と、該下地層に重ねてニッケルを電気鍍金した表層とを含むことを特徴とする。
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記酸化リチウム層が、前記鉄基板の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した陽極下地層と、該陽極下地層に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した陽極表層とを含むことを特徴とする。
また、本発明は、正負の電荷がそれぞれ付与される一対の主電極と、該一対の主電極の間で静電誘導される1又は複数の誘導電極とを備え、前記一対の主電極の間に水を導入する水酸素ガス発生電極に係るものであって、前記誘導電極が、鉄基板の一面に酸化リチウム層を形成し他面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする。
更に、本発明に係る水酸素ガス発生電極は、前記一対の主電極に、互いに隔たる複数の給電端子を各々接続し、該複数の給電端子を通して正負の電荷が前記一対の主電極の複数箇所にそれぞれ付与されることを特徴とする。
本発明は、互いに水平方向に離間した両端面及び該両端面の間で水平方向へ延びる底面を内部に有する電解槽と、水平方向へ延びる複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群とを、前記電解槽の内部に収納した電解槽構造に係るものであって、前記電解槽の底面における前記両端面の間を2分する位置に、前記電解槽に水を給水する給水口を形成し、前記底面における前記両端面付近に、前記水を前記電解槽から排水させる排水口を設けたことを特徴とする。
更に、本発明に係る電解槽構造は、前記陽電極群と前記陰電極群とを支持する底板材を、前記電解槽の底面に敷設し、前記底板材に水を通過させる複数の通水孔を形成したことを特徴とする。
更に、本発明に係る電解槽構造は、前記電解槽の内部が隔離板により複数の電解セルに仕切られ、前記陰電極群が、前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰電極群が、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだ状態にして、前記陽電極群と前記陰電極群とを、個々の前記電解セル毎に収納したことを特徴とする。
更に、本発明に係る電解槽構造は、前記電解槽がポリプロピレンの筐体から成ることを特徴とする。
本発明に係る水酸素ガス発生電極は、陽極板を折り返して形成した一対の陽極片の間に、陰極板を折り返して形成した一対の陰極片の片方の陰極片を差し込むことにより、一対の陽極片と一対の陰極片とを互い違いにそれぞれの間に差し込んだ状態で配置できる。このため、上記のように折り返した陽極板の内側の全域に対して、一対の陰極片の片方の陰極片の両面全域を対面させ、且つ、上記のように折り返した陰極板の内側の全域に対して、一対の陽極片の片方の陽極片の両面全域を対面させられる。
従って、当該水酸素ガス発生電極によれば、単に平板状の電極の一面同士を対面させる場合に比較して、陽極板と陰極板のそれぞれの両面が電気分解に供する面として有効に作用するので、これら陽極板と陰極板の間に導入した水を効率良く電気分解し、水酸素ガスを大量に生成するのに有利である。また、陽極板と陰極板とを折り曲げた分、陽電極群と陰電極群との全長を短くし、当該水酸素ガス発生電極を収納する電解槽構造の小型化も達成することができる。
しかも、互いに離間して並ぶ複数の陽極板を電気的に接続すると共に、互いに離間して並ぶ複数の陰極板を電気的に接続しているので、静電誘導に依存することなく総ての陽極片と陰極片に直接に通電することが可能となり、総ての陽極片と陰極片との間に均一な電位差を生じさせられる。これにより、総ての陽極片と陰極片とのそれぞれの全域が均一に水の電気分解に供することになるので、陽極板の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。同様に、陰極板の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。
従って、電解槽内の限られたスペースに収納される陽極板と陰極板の全体を最大限に活用して、水を電気分解し水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。更には、このような陽極片と陰極片のそれぞれの個数を増やせば、その個数分に比例して、水酸素ガスを生成する量を所望に増大することができる。また、陽極片と陰極片のそれぞれの個数を基準として、水酸素ガスを生成する量を定量的に把握することもできる。
また、陽極板及び陰極板として、鉄基板を有するものを適用した場合、電気抵抗の比較的少ない鉄は、電気分解に必要な電流を発熱による著しい損失を伴うことなく通すことができる。しかも大量の水を電気分解する過程においても鉄は殆ど融けることがない。当該水酸素ガス発生電極は、このような鉄基板の表面にニッケル層を形成しているので、陽極板及び陰極板と水との界面にニッケルを介在させることにより、水の電気分解を良好に促進できるという利点が得られる。また、ニッケル層を、鉄基板の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層と、下地層に重ねてニッケルを電気鍍金した表層とを含む2層構造にした場合、ニッケル層を強固に鉄基板の表面に定着させられるので、電気分解の過程でニッケル層が鉄基板から剥離するのを確実に防止することができる。
或いは、陽極板として、鉄基板の表面に酸化リチウム層を形成したものを適用し、陰極板として、鉄基板の表面にニッケル層を鍍金したものを適用した場合、電気分解が進行する過程で、陽極板と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板付近に酸素が発生するのを促進すると共に、陰極板と水との界面に介在するニッケルによって陰極板付近に水素が発生するのを促進することができる。従って、既述の利点に増して、水素と酸素を効率良く発生させることができる。また、酸化リチウム層を、鉄基板の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した下地層と、下地層に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した表層とを含む2層構造にした場合、酸化リチウム層を強固に鉄基板の表面に定着させられるので、電気分解の過程で酸化リチウム層が鉄基板から剥離するのを確実に防止することができる。
更に、水酸素ガス発生電極によれば、一対の主電極の間に、複数の誘導電極を互いに離間して一対の主電極に平行な姿勢で並べているので、一対の主電極に正負の電荷がそれぞれ与えられると、静電誘導によって総ての電極同士の間に電位差が生じる。これにより、一対の主電極と誘導電極の間、及び誘導電極同士の間に導入された水が電気分解される過程で、陽極板と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板付近に酸素が発生するのを促進すると共に、陰極板と水との界面に介在するニッケルによって陰極板付近に水素が発生するのを促進することができる。従って、従来のように表裏の両面が同じ材質から成る電極を適用し、この表裏の両面にそれぞれ酸素と水素を発生させる場合に比較して、水素と酸素を一層効率良く発生させることができる。
次に、本発明に係る電解槽構造は、両端面の間に底面を有する電解槽に、複数の陽極板を幅方向に並べた陽電極群と、複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を平行に並べた陰電極群とを収納しているので、電解槽の底面における両端面の間を2分する位置に形成した給水口から電解槽内に水が給水されると、この水は陽電極群と陰電極群のそれぞれの間へ導入され、更に、この間を通って電解槽の両端面へ向かって2方向に流れる。そして、陽電極群と陰電極群によって水が電気分解されつつ、電解槽の両端面付近に至ったところで、排水口を経て電解槽から排水させることになる。また、給水口から電解槽に給水された水は陽電極群と陰電極群のそれぞれの間を一旦上昇するよう流れ、電解槽の両端面付近で再び下降して排水口へ向かうことになる。
以上のような強制対流によって電解槽の中の水が良好に攪拌するので、電解槽内において部分的な水温の高低差が生じることがない。従って、陽電極群と陰電極群の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがなく、電解槽内の限られたスペースに収納される陽極板と陰極板の全体を最大限に活用して、水を電気分解し水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。また、水が電気分解される過程で発生する気泡は水面へ向かって浮上するので、このような気泡が電解槽の底面にある排水口へ逆行することがない。従って、排水口から排水された水に気泡が混入するのを防止できるので、例えば熱交換機と電解槽との間で水を循環させるためのポンプ等を設けた場合に、同ポンプが気泡を噛み込む等の不具合を回避することができる。
更に、本発明に係る電解槽構造によれば、電解槽内が隔離板により複数の電解セルに仕切られ、陽電極群と陰電極群とが、個々の電解セル毎に収納するよう構成しているので、単一の電解槽に多数の陽極板及び陰極板が密集することに起因するスパークの発生を防止し、電気分解にて生成した水酸素ガスに誤って引火するという恐れを確実に解消できる。
また、陽極板を折り返して得られる一対の陽極片を電気的に複数接続して成る陽電極群を電解槽内に収納しているため、一対の陽極片の内側を水は水平方向に流れ難いのであるが、当該電解槽構造によれば、既述のような強制対流を発生させられるので、一対の陽極片の内側で水を良好に攪拌することができる。同様に、陰極板を折り返して得られる一対の陰極片の内側でも水を良好に攪拌することができる。従って、電解槽内において部分的な水温の高低差が生じることがなく、既述の効果を達成することができる。
更に、本発明に係る電解槽構造によれば、電解槽の底面に敷設した底板材によって陽電極群と陰電極群とを支持しているので、陽電極群と陰電極群とを所定の位置に固定することができる。しかも、この底板材に水を通過させる複数の通水孔を形成しているので、給水口及び排水口から電解槽の内外へ出入りする水が、底板材に遮られることなく、電解槽の内部を良好に対流又は循環することができる。
更に、電解槽としてポリプロピレン製の筐体を適用した場合、電解槽の全体を軽量化できることに加え、電解槽の製造コストを大幅に低減できるという利点が得られる。しかも、ポリプロピレンは、金属やその他の合成樹脂材料に比べて、静電気に起因するスパークの発生が起こり難いので、電気分解の過程で水酸素ガスが発火する等の不具合を確実に予防することができる。
本発明に係る実施形態について図面に基づき説明する。以下で、「長手方向」とは図中に矢印Lで指した向きであり、「幅方向」とは図中に矢印Wで指した向きと定める。
図1に示すように、実施例1の水酸素ガス発生電極10は、互いに幅方向に離間して平行に並ぶ複数の陽極板1から成る陽電極群2と、複数の陽極板1にそれぞれ対面する複数の陰極板3から成る陰電極群4とを備え、陽電極群2と陰電極群4との間に、水を導入する間隙5を確保したものである。陽電極群2は、複数の陽極板1を電線等の導体を介して電気的に接続したものである。陰電極群4は、複数の陰極板3を電線等の導体を介して電気的に接続したものである。ここで、「複数」として2組の陽極板1と2組の陰極板3とを図に例示しているが、3乃至4組の陽極板1同士を電気的に接続して、一群の陽電極群2を構成することが望ましい。同様に、3乃至4組の陰極板3同士を電気的に接続して、一群の陰電極群4を構成することが望ましい。
水酸素ガス発生電極10は、長方形又は帯状の陽極板1をその長手方向の中央部にて略U字形に折り返すことにより互いに間隙(既述の間隙5に図中重なる。)を隔てた一対の陽極片6を形成し、長方形又は帯状の陽極板1を長手方向の中央部にて略U字形に折り返すことにより互いに間隙(既述の間隙5に図中重なる。)を隔てた一対の陰極片7を形成し、一対の陽極片6と一対の陰極片7とを、互い違いにそれぞれの間隙に差し込むよう配置している。これにより、略U字形に折り返した陽極板1の内側の全域に対して、一対の陰極片7のうちの片方の陰極片7の両面全域を対面させ、且つ、略U字形に折り返した陰極板3の内側の全域に対して、一対の陽極片6のうちの片方の陽極片6の両面全域を対面させることができる。
図に表れていない電源を、陽電極群2と陰電極群4とに各々接続し、これら陽電極群2と陰電極群4とにそれぞれ正負の電荷を付与すれば、上記のように配置した一対の陽極片6と一対の陰極片7との間の水、即ち間隙5に導入した水を電気分解することができる。上記の電源の出力は、相互に対面する陽極片6と陰極片7との間に、約2.0〜2.5Vの電位差を発生させる程度であることが望ましい。この電気分解の過程で、従来のような単に平板状の電極同士を対面させる場合に比較して、陽極板1と陰極板3とのそれぞれの両面全域を電気分解に供する面として有効に作用させられるので、電気分解の効率を向上することができる。
図中の陽電極群2と陰電極群4の寸法又は形状は、上記の電源の出力等を勘案して自由に増減又は変更することができる。また、陽極板1と陰極板3とを、それぞれ上記の通り略U字形に折り曲げたことにより、陽電極群2と陰電極群4との表面積を狭めることなくそれぞれの全長を短くできるので、陽電極群2と陰電極群4とを電解槽11に収納する場合に、その収納スペースを節約し電解槽11の全体を小型化することができる。
また、相互に電気的に接続された複数の陽極片6と、相互に電気的に接続された複数の陰極片7に直接且つ同時に通電できるので、従来のような静電誘導に依存した技術に比較して、発熱等によるエネルギー損失を最小限に抑えられる。しかも、総ての陽極片6と総ての陰極片7とのそれぞれの両面全域が均一に水の電気分解に供するので、陽極板1の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。同様に、陰極板3の全体においても、電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがない。従って、電解槽11のような限られたスペースに収納される陽極板1と陰極板3の全体を最大限に活用して水を電気分解し、水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。
以上に述べた陽極片6と陰極片7のそれぞれの個数は限定されるものではなく、陽極片6と陰極片7の枚数を適宜増減すれば、水酸素ガスを所定時間当たりに生成する容量を所望に調整することができる。例えば、陽極片6と陰極片7の個数を増し発生可能な水酸素ガスを増量させる場合には、電解槽11の内部を隔離板(セパレータ)110によって複数の電解セル112に仕切り、個々の電解セル112毎に、3乃至4組の陽電極群2と3乃至4組の陰電極群4とを収納することが望ましい。これは、単一の電解槽11に多数の陽極板1及び陰極板3が密集することに起因するスパークの発生を防止し、電気分解にて生成した水酸素ガスが発火するのを防止するためである。
図2は陰極板3の断面を表している。陰極板3の心材として、純度97%以上の鉄から成る鉄基板12を適用する。鉄基板12は、電気抵抗が比較的少ないので電気分解に必要な電流を良好に通電させることができ、発熱等に起因するエネルギー損失が少なくて済むという利点がある。しかも、鉄基板12は、電気分解が進行する過程で殆ど融けることがない。更に、鉄基板12の表面にニッケル層13を形成することが好ましい。
ニッケル層13は、鉄基板12の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層131と、下地層131に重ねてニッケルを電気鍍金した表層132とを含む2層構造である。好ましくは、下地層131の厚みを3マイクロメートル以上とし、表層132の厚みを12マイクロメートル以上に設定する。陽極板1については図示を省略しているが、陽極板1として、陰極板3と同様に、鉄基板12の表面にニッケル層13を形成したものを適用しても良い。以上に述べた陰極板3と陽極板1とを用いて電気分解を行う場合、電気分解が進行する過程で、陽極板1と水の界面、及び陰極板3と水との界面に、それぞれニッケルを介在させることにより、電気分解を良好に促進できるという利点が得られる。
或いは、陰極板3として、図2に示した鉄基板12の表面にニッケル層13を形成したものを適用する一方で、図3に示すように、陽極板1として、略U字形に折り返された鉄基板12の表面に酸化リチウム層14を形成したものを適用しても良い。酸化リチウム層14は、鉄基板12の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した下地層141と、下地層141に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した表層142とを含む2層構造である。好ましくは、下地層141の厚みを3マイクロメートル以上とし、表層142の厚みを12マイクロメートル以上に設定する。
図2に表した陰極板3、及び図3に表した陽極板1を用いて電気分解を行う場合、電気分解が進行する過程で、陽極板1と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板1付近に酸素が発生するのを促進できると共に、陰極板3と水との界面に介在するニッケルによって陰極板3付近に水素が発生するのを促進することができる。従って、上記の利点に増して、水酸素ガスを効率良く発生させることができる。
図4は、実施例2の水酸素ガス発生電極20を示している。既に説明した構成要素については、以下で同符号を付しその図示及び説明を省略する。水酸素ガス発生電極20は、一対の主電極15と、一対の主電極15の間に同主電極15に対して平行な姿勢で互いに離間して並べられる複数の誘導電極16とを、図に表れていない電解槽11の内部に収納し、一対の主電極15と誘導電極16の間、及び誘導電極16の間に、水を導入する間隙5を確保したものである。その特徴とするところは、図5に誘導電極16の断面を表したように、誘導電極16の心材である鉄基板12の一面(陽極面)161に酸化リチウム層14を形成すると共に、鉄基板12の他面(陰極面)162にニッケル層13を形成したことにある。
水酸素ガス発生電極20によれば、一対の主電極15に図に表れていない電源を接続し、一対の主電極15に正負の電荷をそれぞれ与えると、静電誘導によって一対の主電極15と誘導電極16との間、及び総ての誘導電極16同士の間に電位差が生じる。これにより間隙5に導入された水が電気分解されることになる。この過程で、陽極板1と水との界面に介在する酸化リチウムによって陽極板1付近に酸素が発生するのを促進することができる。同時に、陰極板3と水との界面に介在するニッケルによって陰極板3付近に水素が発生するのを促進することができる。
或いは、図6(a)に示すように、個々の主電極15を略U字形に折り返すことにより一対の主電極片151を形成すると共に、外寄り2枚の誘導電極16を略U字形に折り返すことにより一対の誘導電極片161を形成し、これら一対の主電極片151と一対の誘導電極片161とを、互い違いにそれぞれの間に差し込むように配置しても良い。この場合、一対の主電極15に正負の電荷がそれぞれ与えられた状態で、一対の主電極15とその近傍の誘導電極16が発熱するのを抑制することができる。
また、個々の主電極15に上記の電源から1本の電線等を介して電荷を付与する場合は、電線等が主電極15に接続した箇所付近で良好な電気分解が起こり、この箇所から離れるに従って電気分解が起こり難くなる傾向がある。そこで、図6(b)に示すように、一対の主電極15に、互いに隔たる複数の給電端子150を各々接続し、正負の電荷を、これら複数の給電端子150を通して、一対の主電極15の複数箇所にそれぞれ付与することが望ましい。
例えば、給電端子150として、導電性に優れた金属棒を適用した場合、複数の給電端子150の一端を主電極15にねじ止めする等して結合し、更に給電端子150の他端を、上記の電源に電線等を介して接続できる金属板115によって相互に結合する。これにより、個々の主電極15の全体において均一な電気分解を実現することができ,しかも水の温度上昇を一層抑える効果が得られる。従って、一対の主電極15の全体を最大限に活用して水を電気分解し、水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。
図7(a)乃至(c)は、実施例3の電解槽構造30の内部を側方から見た断面図、側面図、及びそのA−A断面を各々表している。図中に矢印L,Wで指した方向は、既に述べた「長手方向」及び「幅方向」に各々一致している。
電解槽構造30は、その長手方向を真横に向けた水平姿勢をとり両端面18の間に底面19を有する電解槽11に、図に表していない陽電極群2と陰電極群4とを収納したものである。これら陽電極群2と陰電極群4とは、電解槽11の両端面18の間にある仮想線の枠Bで指した領域に配置される。陰電極群4が、陽極板1を略U字形に折り返して一対の陽極片6を形成し、一対の陽極片6を電気的に複数接続して成り、陰電極群4が、陰極板3を略U字形に折り返して一対の陰極片7を形成し、一対の陰極片7を電気的に複数接続して成る点は既述の通りである。
陽極板1及び陰極板3の側面の形状を、水平方向へ延びる長方形又は帯状とすれば、このような陽極板1及び陰極板3を、図示のような方形の電解槽11の内部に挿入する場合に、同電解槽11の内部に無駄なスペースを余すことなく陽極板1及び陰極板3を納めることができる。これにより、電解槽11を含めたシステム全体の小型化を達成できるという利点が得られる。
電解槽11は、ポリプロピレンを上面に開放した箱型に射出成形して得られる筐体である。電解槽11の剛性を向上するために、電解槽11の外面に、格子状の凸条から成る補強リブ111を一体に成形しても良い。電解槽11の材質として金属等を選択しても良いが、電解槽11の内部の気圧を大気圧の1〜2倍程度に調整できるのであれば、軽量でしかも製造コストが安価な合成樹脂を選択することが望ましい。特に、上記のポリプロピレンは、金属やその他の合成樹脂材料に比べて、静電気に起因するスパークの発生が起こり難いので、電気分解の過程で水酸素ガスが発火する恐れがない。
更に、電解槽構造30は、電解槽11の底面19における両端面18の間を略2等分する位置に、電解槽11に水を給水する給水口を形成し、底面19における両端面18付近に、電解槽11から水を排水させる排水口を設けている。詳しくは、図8(a),(b)にそれぞれ平面図及びそのC−C断面図を示すように、上面が開放した3箇所の凹部191,192を長手方向に並べて形成した配水ブロック193が、底面19に敷設されている。配水ブロック193は、その中央の凹部191を、両端面18の間を略2等分する位置に略対応させ、凹部191を両側から挟む一対の凹部192を、それぞれ両端面18に近接した状態で、底面19に密接される。
凹部191には、配水ブロック193の側面を貫く給水口21が穿孔され、2つの凹部底面192には、それぞれ配水ブロック193の端面を貫く排水口22が穿孔されている。一方、給水口21及び排水口22に対応する位置、例えば図7に符号210,220で指した箇所に、図に表れていない給水口及び排水口が各々穿孔されている。配水ブロック193の上面194には、図9に示した底板材23が重ね合わされ、配水ブロック193の凹部191,192が底板材23によって塞がれる。図9(a)が底板材23の平面図を表し、同図(b),(c)が、そのD−D断面図及びE−E断面図を各々表している。
底板材23は、その厚み方向(上下方向)に水を自由に通過させる通水孔234を複数形成している。また、底板材23は、陽電極群2と陰電極群4とを電解槽11の底面19から浮き上がらせ、陽電極群2と陰電極群4とを仮想線の枠Bで指した領域に位置決めするスペーサの役割を果たすものである。
電解槽構造30によれば、電解槽11の外部から給水口21を経た水が、電解槽11の内部へ給水されると、この水は、凹部191から通水孔234を通って一旦上昇し、陽電極群2と陰電極群4のそれぞれの間隙5へ達する。更に、この水は電解槽11の両端面18へ向かって2方向へ分かれて間隙5内を水平方向へ流れる。この過程で、陽電極群2と陰電極群4によって水が電気分解されつつ、電解槽11の両端面18付近に至ったところで、水は通水孔234を下向きに通過して凹部192内へ達する。更に、この水は排水口22を経て電解槽11から排水されることになる。
以上のような強制対流によって電解槽11の中の水が良好に攪拌するので、電解槽11内において部分的な水温の高低差が生じることがない。従って、陽電極群2と陰電極群4の全体において電気分解が起こり難い部分又は電気分解が促進される部分が偏在することがなく、電解槽11内の限られたスペースに収納される陽極板1と陰極板3の全体を最大限に活用して、水を電気分解し水酸素ガスを一層効率良く生成することができる。
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。
本発明は、水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造によれば、水酸素ガスを効率良く大量に発生できるので、水酸素ガスを利用して、発電、ガス溶射、又は生ゴミの焼却残渣を熱処理でき、更には水酸素ガスの燃焼熱を暖房等のあらゆる熱源として利用することができる。
1:陽極板
2:陽電極群
3:陰極板
4:陰電極群
5:間隙
6:陽極片
7:陰極片
10,20:水酸素ガス発生電極
11:電解槽
12:鉄基板
13:ニッケル層
14:酸化リチウム層
15:主電極
16:誘導電極
18:両端面
19:底面
21:給水口
22:排水口
23:底板材
30:電解槽構造
110:隔離板
112:電解セル
131,141:下地層
132,142:表層
150:給電端子
234:通水孔
2:陽電極群
3:陰極板
4:陰電極群
5:間隙
6:陽極片
7:陰極片
10,20:水酸素ガス発生電極
11:電解槽
12:鉄基板
13:ニッケル層
14:酸化リチウム層
15:主電極
16:誘導電極
18:両端面
19:底面
21:給水口
22:排水口
23:底板材
30:電解槽構造
110:隔離板
112:電解セル
131,141:下地層
132,142:表層
150:給電端子
234:通水孔
Claims (11)
- 互いに離間して並ぶ複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群との間に水を導入する水酸素ガス発生電極であって、
前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだことを特徴とする水酸素ガス発生電極。 - 前記陽極板及び前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする請求項1に記載の水酸素ガス発生電極。
- 前記陽極板が、鉄基板の表面に酸化リチウム層を形成し、前記陰極板が、鉄基板の表面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする請求項1に記載の水酸素ガス発生電極。
- 前記ニッケル層が、前記鉄基板の表面にニッケルを無電解鍍金した下地層と、該下地層に重ねてニッケルを電気鍍金した表層とを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の水酸素ガス発生電極。
- 前記酸化リチウム層が、前記鉄基板の表面に酸化リチウムを無電解鍍金した陽極下地層と、該陽極下地層に重ねて酸化リチウムを電気鍍金した陽極表層とを含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の水酸素ガス発生電極。
- 正負の電荷がそれぞれ付与される一対の主電極と、該一対の主電極の間で静電誘導される1又は複数の誘導電極とを備え、前記一対の主電極の間に水を導入する水酸素ガス発生電極であって、
前記誘導電極が、鉄基板の一面に酸化リチウム層を形成し他面にニッケル層を形成して成ることを特徴とする水酸素ガス発生電極。 - 前記一対の主電極に、互いに隔たる複数の給電端子を各々接続し、該複数の給電端子を通して正負の電荷が前記一対の主電極の複数箇所にそれぞれ付与されることを特徴とする請求項6に記載の水酸素ガス発生電極。
- 互いに水平方向に離間した両端面及び該両端面の間で水平方向へ延びる底面を内部に有する電解槽と、水平方向へ延びる複数の陽極板を電気的に接続した陽電極群と、前記複数の陽極板にそれぞれ対面する複数の陰極板を電気的に接続した陰電極群とを備え、前記陽電極群と前記陰電極群とを、前記電解槽の内部に収納した電解槽構造であって、
前記電解槽の底面における前記両端面の間を2分する位置に、前記電解槽に水を給水する給水口を形成し、前記底面における前記両端面付近に、前記水を前記電解槽から排水させる排水口を設けたことを特徴とする電解槽構造。 - 前記陽電極群と前記陰電極群とを支持する底板材を、前記電解槽の底面に敷設し、前記底板材に、水を通過させる複数の通水孔を形成したことを特徴とする請求項8に記載の電解槽構造。
- 前記電解槽の内部が隔離板により複数の電解セルに仕切られ、前記陰電極群が、前記陽極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陽極片を形成し、前記陰電極群が、前記陰極板を折り返して互いに間隙を隔てた一対の陰極片を形成し、前記一対の陽極片を前記一対の陰極片の間隙に差し込むと共に、前記一対の陰極片を前記一対の陽極片の間隙に差し込んだ状態にして、前記陽電極群と前記陰電極群とを、個々の前記電解セル毎に収納したことを特徴とする請求項8又は9に記載の電解槽構造。
- 前記電解槽がポリプロピレンの筐体から成ることを特徴とする請求項8乃至10に記載の電解槽構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004335507A JP2005171383A (ja) | 2003-11-19 | 2004-11-19 | 水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003388719 | 2003-11-19 | ||
JP2004335507A JP2005171383A (ja) | 2003-11-19 | 2004-11-19 | 水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005171383A true JP2005171383A (ja) | 2005-06-30 |
Family
ID=34741908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004335507A Withdrawn JP2005171383A (ja) | 2003-11-19 | 2004-11-19 | 水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005171383A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009074157A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | E & E Corp | 強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置 |
CN103046071A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-04-17 | 苏州新区化工节能设备厂 | 离子膜电解单元槽 |
WO2013069164A1 (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Hosokawa Kanji | Hhoガス発生装置 |
WO2016052002A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 富士フイルム株式会社 | 人工光合成モジュール |
US10351964B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-07-16 | Fujifilm Corporation | Artificial photosynthesis module |
JP2020097770A (ja) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | マクセルホールディングス株式会社 | 折畳み電極及び同折畳み電極を用いた平行電極板構造並びに積層電極対 |
KR102514234B1 (ko) * | 2022-02-14 | 2023-03-27 | 케이에스티 주식회사 | 전극 이온 교환 극대화 장치 |
-
2004
- 2004-11-19 JP JP2004335507A patent/JP2005171383A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009074157A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | E & E Corp | 強制循環水冷冷却システムを有するブラウンガス発生装置 |
WO2013069164A1 (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Hosokawa Kanji | Hhoガス発生装置 |
CN103046071A (zh) * | 2012-12-13 | 2013-04-17 | 苏州新区化工节能设备厂 | 离子膜电解单元槽 |
CN103046071B (zh) * | 2012-12-13 | 2015-02-18 | 苏州市启扬商贸有限公司 | 离子膜电解单元槽 |
WO2016052002A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 富士フイルム株式会社 | 人工光合成モジュール |
JPWO2016052002A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2017-07-20 | 富士フイルム株式会社 | 人工光合成モジュール |
US10351964B2 (en) | 2015-11-30 | 2019-07-16 | Fujifilm Corporation | Artificial photosynthesis module |
JP2020097770A (ja) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | マクセルホールディングス株式会社 | 折畳み電極及び同折畳み電極を用いた平行電極板構造並びに積層電極対 |
JP7488022B2 (ja) | 2018-12-18 | 2024-05-21 | マクセル株式会社 | 折畳み電極及び同折畳み電極を用いた平行電極板構造並びに積層電極対 |
KR102514234B1 (ko) * | 2022-02-14 | 2023-03-27 | 케이에스티 주식회사 | 전극 이온 교환 극대화 장치 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6395154B1 (en) | Electrochemical cell using a folded double electrode plate | |
KR100479472B1 (ko) | 브라운 가스 발생장치 | |
US20060110649A1 (en) | Fuel cell stack | |
JP5041711B2 (ja) | 燃料電池セルスタック装置 | |
CN103069632A (zh) | 液流电池组系统 | |
CN105121708A (zh) | 具有一体化加热器的固体氧化物电解池堆 | |
PL116452B1 (en) | Two-pole electrode unit | |
US3824172A (en) | Electrolytic cell for alkali metal chlorates | |
CN114318386A (zh) | 质子交换膜水电解槽、系统及方法 | |
CN109338398A (zh) | 多核心高效型氢氧机 | |
JP2005171383A (ja) | 水酸素ガス発生電極、及び電解槽構造 | |
US20100035105A1 (en) | Electrical storage device | |
US20100213049A1 (en) | Metal plate stack for salt water electrolysis | |
US2739997A (en) | Storage battery | |
JP2001503562A (ja) | 電気化学的ガス拡散半電池 | |
US3785951A (en) | Electrolyzer comprising diaphragmless cell spaces flowed through by the electrolyte | |
JPH0338704B2 (ja) | ||
TW526289B (en) | Bipolar multipurpose electrolysis cell for high current loads | |
JP2007157352A (ja) | 燃料電池セルスタック並びに燃料電池 | |
US7651801B2 (en) | Current bus and power lead assemblies for solid oxide fuel cell generators | |
JPS6011113B2 (ja) | 電解槽 | |
CN210886256U (zh) | 电解装置 | |
JPH08162142A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
JP2610255B2 (ja) | 溶融炭酸塩燃料電池 | |
JP2018508339A (ja) | 電解モジュール |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |