JP2008280564A - 電気分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費効率に優れた電気分解装置を提供する。
【解決手段】電気分解装置１の制御部１９が第１スイッチング素子５１から第２スイッチング素子５２、第３スイッチング素子５３、第４スイッチング素子５４の順に順次導通させることによって、まず直流電源１５から第１電解回路Ｅ１に電流が供給されて電極対２１での最初の電気分解が進行し、このときにコンデンサ３１に蓄えられた電荷によって第２電解回路Ｅ２の電極対２２での２番目の電気分解が進行する。続いて、コンデンサ３１に残留している電荷によって第３電解回路Ｅ３の電極対２３での３番目の電気分解が行われ、その後なおもコンデンサ３１に残留している電荷は電荷消滅回路Ｅ４において消滅される。一度電気分解に使用された電力の再利用を行うことができ、従来の電気分解に比較して電力消費効率を格段に優れたものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解液の電気分解を行う電気分解装置に関し、例えば水の電気分解や金属の電解精錬に適用することができる。

電解質を溶解した水溶液などの電解液に電極を接触させて所定の電圧を印加することにより、電気化学的に酸化還元反応が生じ、その結果電流が流れる現象は電気分解（電解）として広く知られている。電気分解を工業分野に応用した例としては金属の電解精錬が挙げられ（例えば、特許文献１）、例えばアルミニウムはボーキサイトを原料として電気分解によって生産するのが一般的である。

特開２００４−１９７１２４号公報

しかしながら、金属を電気分解によって精錬する手法は大量の電力を消費する。このため、例えば日本のように安価な電力供給が困難な立地においては、電気分解によってアルミニウムなどの金属を量産することは極めて困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電力消費効率に優れた電気分解装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電解液の電気分解を行う電気分解装置において、電解液を収容する電解槽と、電気分解のための電力を供給する直流電源と、前記電解液中に浸漬された第１電極対および前記直流電源から供給されて前記第１電極対を流れる電流を蓄電する第１コンデンサを直列に接続した第１直列回路を含む第１電解回路と、前記電解液中に浸漬された第２電極対および前記第１コンデンサから供給されて前記第２電極対を流れる電流を蓄電する第２コンデンサを直列に接続した第２直列回路を含む第２電解回路と、前記第２電解回路における電気分解が行われた後に前記第１コンデンサに残留する電荷を消費する残留電荷消費回路と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る電気分解装置において、前記第１電解回路は、前記第１直列回路に直列接続された第１スイッチング素子を含み、前記第２電解回路は、前記第２直列回路に直列接続された第２スイッチング素子を含み、前記残留電荷消費回路は、前記電解液中に浸漬された第３電極対および第３スイッチング素子を直列に接続した第３電解回路並びに抵抗および第４スイッチング素子を直列に接続した電荷消滅回路を含み、前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第３電極対および前記抵抗のそれぞれ一端を前記直流電源の帰端路に接続し、前記第１スイッチング素子の一端を前記直流電源の出力端に接続し、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の一端を前記第１電解回路における前記第１電極対と前記第１コンデンサとの接続点に接続し、前記第１スイッチング素子から前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、前記第４スイッチング素子の順に順次導通させる制御部をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る電気分解装置において、前記第１電解回路は、前記第１直列回路に直列接続された主電路を有する第１サイリスタを含み、前記第２電解回路は、前記第２直列回路に直列接続された主電路を有する第２サイリスタを含み、前記残留電荷消費回路は、前記電解液中に浸漬された第３電極対および当該第３電極対に直列接続された主電路を有する第３サイリスタを有する第３電解回路並びに抵抗および当該抵抗に直列接続された主電路を有する第４サイリスタを有する電荷消滅回路を含み、前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第３電極対および前記抵抗のそれぞれ一端を前記直流電源の帰端路に接続し、前記第１サイリスタの主電路の一端を前記直流電源の出力端に接続し、前記第２サイリスタ、前記第３サイリスタおよび前記第４サイリスタの主電路の一端を前記第１電解回路における前記第１電極対と前記第１コンデンサとの接続点に接続し、前記第１サイリスタから前記第２サイリスタ、前記第３サイリスタ、前記第４サイリスタの順に順次導通させる制御部をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る電気分解装置において、前記第１電解回路、前記第２電解回路および残留電荷消費回路からなる回路群を多段に縦続接続し、初段を除く後段の第１電解回路にはその直前段の第２電解回路の第２コンデンサから電流が供給されることを特徴とする。

本発明によれば、電気分解反応によって流れた電流を一旦コンデンサに蓄電し、その蓄電による電圧を新たな電極対に印加することによって再度電気分解反応を生じさせることとなるため、電力を再利用して電気分解を行うことができ、電力消費効率を格段に優れたものとすることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。本明細書中において「電解液」とは、電気伝導性を有する液体の総称であり、電解質が溶媒中に溶解した溶液の他に、溶媒を含まずにイオンのみからなる液体であるいわゆる溶融塩（またはイオン液体）をも含む。また、溶液の溶媒は、水に限定されるものではなく、有機溶媒であっても良い。なお、電解液としては単なる水であっても良いが、その水には意図的或いは不可避的に電解質が溶解しており、電解質が溶媒中に溶解した溶液の一種である。

＜１．第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の電気分解装置１の回路構成を示す図である。また、図２は、電極を配置した電解セル（電解槽）の一例を示す斜視図である。電気分解装置１は、電解セル１０、直流電源１５、複数の要素回路からなる回路群Ｅおよび制御部１９を備える。

電解セル１０には電気分解の対象となる電解液１１が収容されている。電解液１１が高温の溶融塩である場合には、電解セル１０に塩を融解するための加熱機構が付設されていても良い。

直流電源１５は、通常、交流電源に接続された整流回路およびその整流回路の出力を平滑化して直流を得る平滑回路によって構成されており、電解液１１を電気分解するための電力（直流）を回路群Ｅに供給する。

回路群Ｅは、第１電解回路Ｅ１、第２電解回路Ｅ２、第３電解回路Ｅ３および電荷消滅回路Ｅ４を備えて構成される。これらのうち３つの電解回路Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３のそれぞれは電気分解の反応が生じる電極対２１，２２，２３を備える。電極対２１，２２，２３は電解セル１０の電解液１１中に浸漬される。

第１電解回路Ｅ１は、電極対（第１電極対）２１とコンデンサ（第１コンデンサ）３１とを直列に接続した直列回路およびその直列回路に直列接続されたスイッチング素子（第１スイッチング素子）５１を有する。スイッチング素子５１の一端は直流電源１５のプラス端（出力端）に接続され、他端は電極対２１の陽極２１ａと接続される。また、コンデンサ３１の一端は直流電源１５のマイナス端（帰路端）に接続され、他端は電極対２１の陰極２１ｂと接続される。電解液中に浸漬されている電極対２１の陽極２１ａでは酸化反応が生じ、陰極２１ｂでは還元反応が生じる（他の電極対についても同様）。

第２電解回路Ｅ２は、電極対（第２電極対）２２とコンデンサ（第２コンデンサ）３２とを直列に接続した直列回路およびその直列回路に直列接続されたスイッチング素子（第２スイッチング素子）５２を有する。スイッチング素子５２の一端は電解回路Ｅ１における電極対２１とコンデンサ３１との接続点に接続され、他端は電極対２２の陽極２２ａと接続される。また、コンデンサ３２の一端は直流電源１５のマイナス端に接続され、他端は電極対２２の陰極２２ｂと接続される。

第３電解回路Ｅ３は、電極対（第３電極対）２３とスイッチング素子（第３スイッチング素子）５３とを直列に接続して構成される。スイッチング素子５３の一端は電解回路Ｅ１における電極対２１とコンデンサ３１との接続点に接続され、他端は電極対２３の陽極２３ａと接続される。また、電極対２３の陰極２３ｂは直流電源１５のマイナス端に直接接続される。

電荷消滅回路Ｅ４は、抵抗３９とスイッチング素子（第４スイッチング素子）５４とを直列に接続して構成される。スイッチング素子５４の一端は電解回路Ｅ１における電極対２１とコンデンサ３１との接続点に接続され、また、抵抗３９の一端は直流電源１５のマイナス端に接続される。

スイッチング素子５１，５２，５３，５４は制御部１９によってＯＮ／ＯＦＦ制御されている。制御部１９は、スイッチング素子５１，５２，５３，５４のそれぞれを個別に任意のタイミングでＯＮ／ＯＦＦすることができる。

なお、本実施形態では、理解容易のため、電気分解装置１が１つの回路群Ｅのみを備えるものとして説明しているが、回路群Ｅと同様の構成の回路群を多段に縦続接続するようにしても良い。この場合、図１に示すように、初段を除く後段の回路群の第１電解回路Ｅ１が備える第１スイッチング素子５１の一端は、その直前段の第２電解回路Ｅ２における電極対２２とコンデンサ３２との接続点に接続される。

次に、上記の構成を有する電気分解装置１の動作について説明する。直流電源１５がオンの状態にて、制御部１９が最初に第１電解回路Ｅ１に含まれるスイッチング素子５１を導通する。なお、他のスイッチング素子５２〜５４は遮断されている。そうすると、直流電源１５から電極対２１の陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に所定の電圧が印加される。その結果、陽極２１ａでは酸化反応が生じる一方、陰極２１ｂでは還元反応が生じ、これらの電気分解反応が進行することによって陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に電流が流れる。なお、陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に印加される電圧は直流電源１５の端子間電圧に等しく、電解液１１の電気分解が生じる電圧（例えば、電解液１１が水であれば１．２３Ｖ）よりも高いことは勿論である。

電極対２１を流れた電流はコンデンサ３１に蓄電される。やがて、所定時間が経過してコンデンサ３１の両端間の電圧が所定値に到達した時点で制御部１９がスイッチング素子５１を遮断する。なお、制御部１９は、予め定められたプログラムパターンに従ってスイッチング素子５１〜５４をＯＮ／ＯＦＦ制御しており、コンデンサ３１に所定の電荷が蓄電するまでの時間を予め実験等によって求めておき、その時間をスイッチング素子５１の導通時間として制御部１９に設定すれば良い（後述する他のスイッチング素子５２〜５４についても同様に予め導通時間を制御部１９に設定しておく）。

次に、制御部１９が第２電解回路Ｅ２に含まれるスイッチング素子５２を導通する。なお、他のスイッチング素子５１，５３，５４は遮断されている。そうすると、コンデンサ３１が直流電源として機能し、コンデンサ３１から電極対２２の陽極２２ａと陰極２２ｂとの間に所定の電圧が印加される。その結果、陽極２２ａおよび陰極２２ｂにて電気分解反応が生じ、両極間に電流が流れる。コンデンサ３１から供給されて電極対２２を流れた電流はコンデンサ３２に蓄電される。やがて、所定の導通時間が経過した時点で制御部１９がスイッチング素子５２を遮断する。

第２電解回路Ｅ２における電気分解が行われてスイッチング素子５２が遮断された時点では第２電解回路Ｅ２のコンデンサ３２に電荷が蓄積されるとともに、第１電解回路Ｅ１のコンデンサ３１にも電荷が残留している。すなわち、コンデンサ３１を電源として第２電解回路Ｅ２のコンデンサ３２に蓄電することとなるため、コンデンサ３１の電圧が低下するとともに、コンデンサ３２の電圧が次第に上昇するものの、少なくともコンデンサ３２への蓄電による電圧がコンデンサ３１の残留電荷によって生じる電圧を超えることはなく、必然的にコンデンサ３１には幾らかの電荷が残留することとなる。

続いて、制御部１９は第３電解回路Ｅ３に含まれるスイッチング素子５３を導通する。なお、他のスイッチング素子５１，５２，５４は遮断されている。そうすると、コンデンサ３１の残留電荷によって電極対２３の陽極２３ａと陰極２３ｂとの間に所定の電圧が印加される。その結果、陽極２３ａおよび陰極２３ｂにて電気分解反応が生じ、両極間に電流が流れる。すなわち、第３電解回路Ｅ３は、コンデンサ３１の残留電荷を使用して電気分解を行っているのである。第３電解回路Ｅ３自体はコンデンサを備えておらず、コンデンサ３１から供給されて電極対２３を流れた電流は直流電源１５に帰還する。やがて、所定の導通時間が経過した時点で制御部１９がスイッチング素子５３を遮断する。

第３電解回路Ｅ３における電気分解が行われてスイッチング素子５３が遮断された時点においても、なおコンデンサ３１に若干の電荷が残留している。すなわち、コンデンサ３１の残留電荷が消費されて電極対２３での電気分解が進行し、それに伴ってコンデンサ３１の電圧が低下するのであるが、コンデンサ３１の電圧が電解液１１の電気分解に必要な最低電圧以下となることはあり得ず、コンデンサ３１には若干の電荷が残留することとなる。

その後、制御部１９は電荷消滅回路Ｅ４に含まれるスイッチング素子５４を導通する。なお、他のスイッチング素子５１〜５３は遮断されている。これにより、コンデンサ３１の残留電荷は完全に消滅する。すなわち、電荷消滅回路Ｅ４には、コンデンサも電極対も含まれておらず、スイッチング素子５４が導通することによって、コンデンサ３１の両端間電位差が０Ｖとなるまで、残留電荷が消費される。

以上のように、第１実施形態においては、制御部１９が第１スイッチング素子５１から第２スイッチング素子５２、第３スイッチング素子５３、第４スイッチング素子５４の順に順次導通させることによって、まず直流電源１５から第１電解回路Ｅ１に電流が供給されて電極対２１での最初の電気分解が進行し、このときにコンデンサ３１に蓄えられた電荷によって第２電解回路Ｅ２の電極対２２での２番目の電気分解が進行する。続いて、コンデンサ３１に残留している電荷によって第３電解回路Ｅ３の電極対２３での３番目の電気分解が行われ、その後なおもコンデンサ３１に残留している電荷は電荷消滅回路Ｅ４において消滅されることとなる。

すなわち、電気分解装置１は、電気分解反応によって流れた電流を一旦コンデンサに蓄電し、その蓄電による電圧を再び電極対に印加することによって再度電気分解反応を生じさせている。このことは、一度電気分解に使用された電力の再利用を行っていることに他ならない。よって、従来の電気分解に比較して電力消費効率を格段に優れたものとすることができる。

但し、単にコンデンサ３１に蓄電された電荷を第２電解回路Ｅ２にて再利用しただけではコンデンサ３１にも電荷が残留することとなり、そのまま再度直流電源１５から第１電解回路Ｅ１に電力供給したとしても電極対２１にて生じる電気分解反応は不十分なものとなる。このため、コンデンサ３１に残留している電荷をコンデンサを含まない第３電解回路Ｅ３での電気分解にて消費・再利用し、さらになおコンデンサ３１に残留する若干の電荷は電荷消滅回路Ｅ４によって完全に消滅されることとなる。換言すれば、第３電解回路Ｅ３および電荷消滅回路Ｅ４の双方が第１電解回路Ｅ１のコンデンサ３１の残留電荷を消費する残留電荷消費回路として機能し、第２電解回路Ｅ２における電気分解が行われた後にコンデンサ３１に残留する電荷は第３電解回路Ｅ３と電荷消滅回路Ｅ４とが順次作動することによって完全に消費される。これにより、再度直流電源１５から第１電解回路Ｅ１に電力供給したときにも、初期段階と同様に電極対２１に十分な電気分解反応が進行することとなる。

本発明に係る電気分解装置１を水の電気分解に適用した場合には、少ない消費電力にて安価に水素を得ることができる。水素は次世代のパワー源として期待されている燃料電池の燃料となりうるものであり、安価な水素の提供は燃料電池の普及促進に繋がる。また、電気分解装置１をアルミニウムやチタンなどの精錬に適用した場合には、少ない消費電力にて電気分解反応を進行させることができ、安価な電力供給が困難な立地においてもアルミニウムなどの金属を生産することが可能となる。

なお、第２電解回路Ｅ２のコンデンサ３２に蓄電された電荷は多段に縦続接続された後段の回路群に供給されることとなる。すなわち、コンデンサ３２が直流電源として機能して直後の後段回路群に電流を供給するのである。但し、最終段の回路群においては、第２電解回路Ｅ２にコンデンサ３２を設けない方が好ましい。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態の電気分解装置１ａの回路構成を示す図である。第２実施形態の電気分解装置１ａが第１実施形態の電気分解装置１と相違するのは、スイッチング素子５１〜５４に代えてサイリスタ４１〜４４を使用している点である。残余の点は第１実施形態と同じであり、同一の要素には同一の符合を付している。

第２実施形態において、第１電解回路Ｅ１は、電極対（第１電極対）２１とコンデンサ（第１コンデンサ）３１とを直列に接続した直列回路およびその直列回路に直列接続された主電路を有するサイリスタ（第１サイリスタ）４１を有する。サイリスタ４１の主電路の一端（アノード側）は直流電源１５のプラス端（出力端）に接続され、他端（カソード側）は電極対２１の陽極２１ａと接続される。また、コンデンサ３１の一端は直流電源１５のマイナス端（帰路端）に接続され、他端は電極対２１の陰極２１ｂと接続される。

また、第２電解回路Ｅ２は、電極対（第２電極対）２２とコンデンサ（第２コンデンサ）３２とを直列に接続した直列回路およびその直列回路に直列接続された主電路を有するサイリスタ（第２サイリスタ）４２を有する。サイリスタ４２の主電路の一端（アノード側）の電解回路Ｅ１における電極対２１とコンデンサ３１との接続点に接続され、他端（カソード側）は電極対２２の陽極２２ａと接続される。また、コンデンサ３２の一端は直流電源１５のマイナス端に接続され、他端は電極対２２の陰極２２ｂと接続される。

第３電解回路Ｅ３は、電極対（第３電極対）２３と当該電極対２３に直列接続された主電路を有するサイリスタ（第３サイリスタ）４３とを備えて構成される。サイリスタ４３の主電路の一端（アノード側）は電解回路Ｅ１における電極対２１とコンデンサ３１との接続点に接続され、他端（カソード側）は電極対２３の陽極２３ａと接続される。また、電極対２３の陰極２３ｂは直流電源１５のマイナス端に直接接続される。

電荷消滅回路Ｅ４は、抵抗３９とその抵抗３９に直列接続された主電路を有するサイリスタ（第４サイリスタ）４４とを備えて構成される。サイリスタ４４の主電路の一端（アノード側）は電解回路Ｅ１における電極対２１とコンデンサ３１との接続点に接続され、また、抵抗３９の一端は直流電源１５のマイナス端に接続される。

サイリスタ４１，４２，４３，４４のそれぞれのゲートには制御部１９の出力端が個別に接続されている。制御部１９は、サイリスタ４１，４２，４３，４４のそれぞれのゲートに個別にトリガー信号を印加することができる。

なお、回路群Ｅと同様の構成の回路群を多段に縦続接続するようにしても良い点は第１実施形態と同じである。この場合、図３に示すように、初段を除く後段の回路群の第１電解回路Ｅ１が備えるサイリスタ４１の主電路の一端は、その直前段の第２電解回路Ｅ２における電極対２２とコンデンサ３２との接続点に接続される。

次に、第２実施形態の電気分解装置１ａの動作について説明する。直流電源１５がオンの状態にて、制御部１９が最初に第１電解回路Ｅ１に含まれるサイリスタ４１のゲートのみにトリガー信号を印加する。そうすると、直流電源１５からサイリスタ４１の主電路を介して電極対２１の陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に所定の電圧が印加される。その結果、陽極２１ａでは酸化反応が生じる一方、陰極２１ｂでは還元反応が生じ、これらの電気分解反応が進行することによって陽極２１ａと陰極２１ｂとの間に電流が流れる。

電極対２１を流れた電流はコンデンサ３１に蓄電される。コンデンサ３１の両端間の電圧が所定値を超えるとサイリスタ４１の導通が停止する。なお、第２実施形態ではサイリスタを使用しているため導通遮断は制御部１９の制御によるものではない。

次に、制御部１９が第２電解回路Ｅ２に含まれるサイリスタ４２のゲートのみにトリガー信号を印加する。そうすると、コンデンサ３１が直流電源として機能し、コンデンサ３１からサイリスタ４２の主電路を介して電極対２２の陽極２２ａと陰極２２ｂとの間に所定の電圧が印加される。その結果、陽極２２ａおよび陰極２２ｂにて電気分解反応が生じ、両極間に電流が流れる。コンデンサ３１から供給されて電極対２２を流れた電流はコンデンサ３２に蓄電される。コンデンサ３２の両端間の電圧が所定値を超えるとサイリスタ４２の導通が停止する。第２電解回路Ｅ２における電気分解が行われてサイリスタ４２の導通が停止した時点では、第１実施形態と同様に、第２電解回路Ｅ２のコンデンサ３２に電荷が蓄積されるとともに、第１電解回路Ｅ１のコンデンサ３１にも電荷が残留している。

続いて、制御部１９は第３電解回路Ｅ３に含まれるサイリスタ４３のゲートのみにトリガー信号を印加する。そうすると、コンデンサ３１の残留電荷によって電極対２３の陽極２３ａと陰極２３ｂとの間に所定の電圧が印加される。その結果、陽極２３ａおよび陰極２３ｂにて電気分解反応が生じ、両極間に電流が流れる。すなわち、第３電解回路Ｅ３は、コンデンサ３１の残留電荷を使用して電気分解を行っているのである。第３電解回路Ｅ３自体はコンデンサを備えておらず、コンデンサ３１から供給されて電極対２３を流れた電流は直流電源１５に帰還する。やがて、コンデンサ３１の両端電圧が電解液１１の電気分解に必要な電圧に近づいた時点でサイリスタ４３の導通が停止する。第３電解回路Ｅ３における電気分解が行われてサイリスタ４３の導通が停止した時点においても、第１実施形態と同様に、なおコンデンサ３１に若干の電荷が残留している。

その後、制御部１９は電荷消滅回路Ｅ４に含まれるサイリスタ４４のゲートのみにトリガー信号を印加する。これにより、コンデンサ３１の残留電荷は完全に消滅する。すなわち、電荷消滅回路Ｅ４には、コンデンサも電極対も含まれておらず、サイリスタ４４が導通することによって、コンデンサ３１の残留電荷が完全に消費される。

以上のように、第２実施形態においては、制御部１９が第１サイリスタ４１から第２サイリスタ４２、第３サイリスタ４３、第４サイリスタ４４の順に順次導通させることによって、第１実施形態と同様の電気分解およびコンデンサ３１の残留電荷の消費を行っている。よって、第２実施形態のようにしても、一度電気分解に使用された電力の再利用を行うことができ、従来の電気分解に比較して電力消費効率を格段に優れたものとすることができる。また、第３電解回路Ｅ３と電荷消滅回路Ｅ４とが順次作動することによって第２電解回路Ｅ２における電気分解が行われた後にコンデンサ３１に残留する電荷を完全に消費することができ、再度直流電源１５から第１電解回路Ｅ１に電力供給したときにも、初期段階と同様に電極対２１に十分な電気分解反応が進行することとなる。

なお、第１実施形態と同じく、第２電解回路Ｅ２のコンデンサ３２に蓄電された電荷は多段に縦続接続された後段の回路群に供給されることとなる。すなわち、コンデンサ３２が直流電源として機能して直後の後段回路群に電流を供給するのである。但し、最終段の回路群においては、第２電解回路Ｅ２にコンデンサ３２を設けない方が好ましい。

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、コンデンサ３１の残留電荷を消費する残留電荷消費回路として第３電解回路Ｅ３および電荷消滅回路Ｅ４を設けていたが、コンデンサ３１の残留電荷量が電解液１１の電気分解に必要な最低電圧を維持できる程度にまで大きくない場合には、第３電解回路Ｅ３は必須ではなく、電荷消滅回路Ｅ４のみによってコンデンサ３１の残留電荷を消費するようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、電極対２１〜２３を相互に異なるものとしていたが、これを共通の１つの電極対としても良い。また、電極の形状は平板状や棒状など任意の形状とすることができる。

第１実施形態の電気分解装置の回路構成を示す図である。 電極を配置した電解セルの一例を示す斜視図である。 第２実施形態の電気分解装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 電気分解装置
１０ 電解セル
１１ 電解液
１５ 直流電源
１９ 制御部
２１〜２３ 電極対
２１ａ〜２３ａ 陽極
２１ｂ〜２３ｂ 陰極
３１，３２ コンデンサ
４１〜４４ サイリスタ
５１〜５４ スイッチング素子
Ｅ１ 第１電解回路
Ｅ２ 第２電解回路
Ｅ３ 第３電解回路
Ｅ４ 電荷消滅回路

Claims (4)

1. 電解液の電気分解を行う電気分解装置であって、
   電解液を収容する電解槽と、
   電気分解のための電力を供給する直流電源と、
   前記電解液中に浸漬された第１電極対および前記直流電源から供給されて前記第１電極対を流れる電流を蓄電する第１コンデンサを直列に接続した第１直列回路を含む第１電解回路と、
   前記電解液中に浸漬された第２電極対および前記第１コンデンサから供給されて前記第２電極対を流れる電流を蓄電する第２コンデンサを直列に接続した第２直列回路を含む第２電解回路と、
   前記第２電解回路における電気分解が行われた後に前記第１コンデンサに残留する電荷を消費する残留電荷消費回路と、
   を備えることを特徴とする電気分解装置。
2. 請求項１記載の電気分解装置において、
   前記第１電解回路は、前記第１直列回路に直列接続された第１スイッチング素子を含み、
   前記第２電解回路は、前記第２直列回路に直列接続された第２スイッチング素子を含み、
   前記残留電荷消費回路は、前記電解液中に浸漬された第３電極対および第３スイッチング素子を直列に接続した第３電解回路並びに抵抗および第４スイッチング素子を直列に接続した電荷消滅回路を含み、
   前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第３電極対および前記抵抗のそれぞれ一端を前記直流電源の帰端路に接続し、
   前記第１スイッチング素子の一端を前記直流電源の出力端に接続し、
   前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の一端を前記第１電解回路における前記第１電極対と前記第１コンデンサとの接続点に接続し、
   前記第１スイッチング素子から前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、前記第４スイッチング素子の順に順次導通させる制御部をさらに備えることを特徴とする電気分解装置。
3. 請求項１記載の電気分解装置において、
   前記第１電解回路は、前記第１直列回路に直列接続された主電路を有する第１サイリスタを含み、
   前記第２電解回路は、前記第２直列回路に直列接続された主電路を有する第２サイリスタを含み、
   前記残留電荷消費回路は、前記電解液中に浸漬された第３電極対および当該第３電極対に直列接続された主電路を有する第３サイリスタを有する第３電解回路並びに抵抗および当該抵抗に直列接続された主電路を有する第４サイリスタを有する電荷消滅回路を含み、
   前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第３電極対および前記抵抗のそれぞれ一端を前記直流電源の帰端路に接続し、
   前記第１サイリスタの主電路の一端を前記直流電源の出力端に接続し、
   前記第２サイリスタ、前記第３サイリスタおよび前記第４サイリスタの主電路の一端を前記第１電解回路における前記第１電極対と前記第１コンデンサとの接続点に接続し、
   前記第１サイリスタから前記第２サイリスタ、前記第３サイリスタ、前記第４サイリスタの順に順次導通させる制御部をさらに備えることを特徴とする電気分解装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の電気分解装置において、
   前記第１電解回路、前記第２電解回路および残留電荷消費回路からなる回路群を多段に縦続接続し、
   初段を除く後段の第１電解回路にはその直前段の第２電解回路の第２コンデンサから電流が供給されることを特徴とする電気分解装置。

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